磷酸鐵鋰（LFP）電池在常溫環(huán)境中具有優(yōu)異的電化學性能。常溫環(huán)境中，電流密度為0.5 C 時，Ti4+ 摻雜的LiFePO4正極材料與碳包覆的LiFePO4首次放電比容量分別可達150 和160.2 mAh/g，并且循環(huán)過程中放電比容量保持穩(wěn)定。放電電流密度為2C，溫度為25℃時，碳包覆的LiFePO4放電比容量約為150mAh/g。

隨著溫度降低，LiFePO4電池電化學性能急劇降低，-40℃時放電比容量僅為32mAh/g，無法滿足LiFePO4電池在低溫環(huán)境中的使用需求，導致LiFePO4電池在低溫環(huán)境中的應用和推廣受到較大限制。

磷酸鐵鋰低溫性能影響因素

低溫下，Li+在電極/電解液界面、電解液、SEI膜、正極、負極上的傳導性下降。低溫下的充放電過程中，Li+在電極/電解液界面的轉移（電荷傳遞阻抗增加）是慢速率電化學反應限制步驟。

磷酸鐵鋰電池在低溫下的阻抗

低溫條件下，由于電池阻抗增大，極化增強，電池的電壓降低、放電容量下降。

低溫環(huán)境下，LiFePO4電池電化學性能與正極材料、負極材料、電解液及粘結劑等原材料的特性有直接關系。提升LiFePO4電池的低溫性能，需要優(yōu)選材料體系和設計優(yōu)化。

低溫型磷酸鐵鋰電池的技術路線

1. 優(yōu)選納米級LFP鐵鋰材料&制漿工藝優(yōu)化

H R Yao, Y X Yin, Y G Guo. Size effects in lithium ion batteries, Chin. Phys. B Vol. 25, No. 1 (2016) 018203.

2. 優(yōu)選低溫型石墨材料

負極材料直接影響電池的放電能力，尤其在低溫下影響更為明顯，需要使用小粒徑、顆粒均勻的人造石墨材料。

不同負極材料的電性能對比

3. 低溫電解液

低溫下電解液的黏度增大，SEI膜增厚，電解液易結晶，離子阻抗增加、濃差極化增大、離子遷移速率降低。

溶劑：低粘度線性EA

成膜添加劑：DTD、FEC、PS

鋰鹽：LiPF6&LiTFSI、LiPF6&LiODFB雙鋰鹽體系

4、粘結劑對低溫充放電性能影響

分別以SBR、PAA和LA133為負極粘結劑，所制備LiFe-PO4電池的低溫(0℃)循環(huán)性能及循環(huán)后的極片狀態(tài)如圖8所示。以LA133為粘結劑，電池循環(huán)性能最好(157周，保持率95.18%)，PAA 次之(157周，保持率88.16%)，SBR 最差(64周，保持率40.33%)。SBR和PAA為點狀粘結劑，兩者與活性物質均以點結合方式相互連接，結合面較小，粘結劑與石墨之間缺乏長程連接，極片力學性能較差，石墨容易從極片表面脫落，極片易脆裂(內嵌圖)，降低電池循環(huán)性能LA133 為鏈狀粘結劑，柔韌性較好，與石墨之間進行長程連接，石墨穩(wěn)定存在于極片之上，活性物質微粒之間接觸良好，有利于增大電子傳導和離子傳導率，提高低溫循環(huán)性能。

不同粘結劑對LiFePO4電池循環(huán)性能影響曲線圖

為進一步驗證粘結劑對LiFePO4圓柱電池低溫性能的影響，利用同步熱分析儀對SBR、PAA 和LA133 的玻璃化溫度進行測定，結果如圖9 所示。SBR、PAA 和LA133 由玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉變溫度依次降低，分別為4.1、2.8和-2.8℃，由高彈態(tài)向玻璃態(tài)轉變溫度依次降低，分別為9.6、9.6和8.6℃。循環(huán)測試溫度(0 ℃)下，SBR和PAA處于玻璃態(tài)，兩者分子鏈無法正常運動，粘結性能較差，導致電極極片容易脆裂，電池低溫循環(huán)性能較差。然而，LA133處于玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉變過程之中，分子鏈鏈端可以自由活動，LA133開始表現出粘流性質，粘結性能增強，循環(huán)性能較優(yōu)。

SBR、PAA 和LA133 的TGA 曲線圖

參考文獻：

LiFePO4動力電池低溫性能影響因素的研究.電源技術，2018（10）