炭材料在低溫型磷酸鐵鋰材料中的應用分析及展望

曹 賀， 聞 雷， 郭震強3， 樸 楠， 胡廣劍， 吳敏杰， 李 峰,3,

（1.沈陽市新型能源材料與器件產業技術研究院，遼寧 沈陽 110016；2.中國科學院金屬研究所 沈陽材料科學國家研究中心，遼寧 沈陽 110016；3.中國科學技術大學 材料科學與工程學院，遼寧 沈陽 110016）

1 前言

磷酸鐵鋰為正極的鋰離子電池是目前電動汽車和儲能領域應用最為廣泛的電池體系之一，具有成本低廉、循環壽命長、安全性好等特點。然而，隨著應用領域的不斷拓展，磷酸鐵鋰為正極的鋰離子電池較差的低溫性能帶來的制約越來越顯著。通常鋰離子電池工作溫度在?10～55 °C 之間，但在軍工、電動車等領域，需要電池能在?40 °C正常工作。鋰離子電池在低溫下使用會產生很多嚴重的問題：（1）比容量下降嚴重：在?20 °C時，常規磷酸鐵鋰為正極的鋰離子電池放電容量只有室溫25 °C的40%～60%；（2）衰減嚴重：與常溫相比，常規磷酸鐵鋰為正極的鋰離子電池在低溫下放電，循環壽命顯著降低；（3）安全隱患：低溫充電過程中，鋰離子在石墨負極中的固相擴散變得更慢，無法完全嵌入石墨的鋰離子，會在負極表面得電子，從而可能產生鋰枝晶，導致刺穿隔膜造成鋰離子電池的短路，而造成安全隱患。 因此，無論從軍用、民用、航空還是環保、節能等角度考慮，改善鋰離子電池的低溫性能意義重大，但鋰離子電池低溫特性的研究相對滯后。

本文首先分析磷酸鐵鋰為正極的鋰離子電池的低溫衰減機制，然后從磷酸鐵鋰材料方面評述了低溫型磷酸鐵鋰為正極的鋰離子電池的研究進展，并重點分析了納米炭材料，如碳納米管和石墨烯等在低溫型磷酸鐵鋰為正極的鋰離子電池領域的應用前景。……