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高倍率鋰電芯的放電性能

高倍率電池在高倍率放電時,由于極化,電壓急劇下降,需要盡量降低電池電芯的內(nèi)阻??稍陔姌O極片上焊接多只極耳,降低電池的內(nèi)阻,使電流密度增大,電荷傳遞速度加快;但在實(shí)際操作過程中,正負(fù)極基體易受損,影響大電流放電的效果。

通過改變高倍率電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)來提高電池的高倍率放電性能。電池采用傳統(tǒng)的1只卷芯的電池結(jié)構(gòu),負(fù)極極耳為傳統(tǒng)的鎳極耳;而高倍率電池為了降低內(nèi)阻,采用2只卷芯并聯(lián)的結(jié)構(gòu),負(fù)極極耳采用導(dǎo)電性更好的鋼帶,以保證電荷的傳遞速度。電池和高倍率電池的內(nèi)阻分別為42.5mΩ和20.2,高倍率電池的內(nèi)阻比2-1電池降低了一半。

兩組電池分別以0.5C恒流充電至4.2V轉(zhuǎn)恒壓充電2h,截止電流為0.02C(雙控制,只要一個達(dá)到限制即可,下同);再以15C恒流放電,終止電壓為2.75V。

普通電池由于內(nèi)阻大,電壓在放電瞬間即下降到2.75V以下,基本放不出電;高倍率電池雖然在放電初期電壓下降較快,放電電壓平臺從3.7V下降到3.4V,但放電效果明顯優(yōu)于采用傳統(tǒng)方式制作的電池。采用2只卷芯并聯(lián)的結(jié)構(gòu),同時使用導(dǎo)電性更好的銅極耳,可降低電池的內(nèi)阻,提高大電流放電性能。

正極活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的配比的影響電池在大電流放電時性能,內(nèi)阻極化明顯,電壓急劇下降,因此要通過增加導(dǎo)電劑來提高正負(fù)極的導(dǎo)電性,以減小極化電壓;同時電池在大電流放電時,會出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象,正負(fù)極活性物質(zhì)有可能在循環(huán)過程中發(fā)生脫落。為了保證電池的正常工作電壓和理想的循環(huán)壽命,需要合理地搭配活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。本文作者研究了正極活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的配比對電池高倍率放電性能的影響。以15C放電時,兩種電池在放電瞬間都出現(xiàn)了電壓下降,電池活性物質(zhì)搭配適宜,極化程度小于普通電池,放電電壓平臺為3.6V,高于普通電池(3.5V)。這說明高倍率電池的正極活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的配比,對電池的高倍率性能有明顯的影響。

電池極板面密度、壓實(shí)密度的影響電池正負(fù)極板的面密度、壓實(shí)密度對電池充放電性能有很大的影響。極板的面密度、壓實(shí)密度過大,雖然有利于提高電池的能量密度,但是電解液很難滲透到極板內(nèi)部,造成電池濃差極化和內(nèi)阻增大,而且過于致密的活性物質(zhì)在循環(huán)過程中,會由于電解液的逐漸滲入,發(fā)生溶脹,導(dǎo)致脫落,造成電池充放電性能的下降;極板的面密度、壓實(shí)密度太小,雖然有利于電解液的滲透和減少電極的濃差極化,并提高電池的大電流充放電性能,但電池的能量密度偏低。需要合理地設(shè)計(jì)極板的面密度、壓實(shí)密度,在保證大電流放電性能的前提下,最大限度地提高電池的能量密度。

電池的循環(huán)性能

高倍率電池在循環(huán)過程中,容量有回升的現(xiàn)象,但總體來說,容量下降平穩(wěn)。電池循環(huán)220次,容量衰減到額定容量的87%,能滿足航模等高倍率放電環(huán)境的需要。

通過改變電池卷芯的結(jié)構(gòu),從內(nèi)部降低了電池的內(nèi)阻,使電池能夠以15C的大電流放電。在此基礎(chǔ)上,通過調(diào)整活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑的配比,改善了放電平臺;通過調(diào)整極板的面密度和壓實(shí)密度,提高了大電流放電性能。電池循環(huán)(0.5C恒流充電至4.2V轉(zhuǎn)恒壓充電2h,截止電流為0.02C;擱置30min;15C放電,終止電壓2.75V)220次,容量衰減到額定容量的87%。

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