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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阻。可在電極極片上焊接多只極耳,降低電池的內阻,使電流密度增大,電荷傳遞速度加快;但在實際操作過程中,正負極基體易受損,影響大電流放電的效果。

通過改變高倍率電池內部結構來提高電池的高倍率放電性能。電池采用傳統的1只卷芯的電池結構,負極極耳為傳統的鎳極耳;而高倍率電池為了降低內阻,采用2只卷芯并聯的結構,負極極耳采用導電性更好的鋼帶,以保證電荷的傳遞速度。電池和高倍率電池的內阻分別為42.5mΩ和20.2,高倍率電池的內阻比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轉恒壓充電2h,截止電流為0.02C(雙控制,只要一個達到限制即可,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,但放電效果明顯優于采用傳統方式制作的電池。采用2只卷芯并聯的結構,同時使用導電性更好的銅極耳,可降低電池的內阻,提高大電流放電性能。

正極活性物質與導電劑、粘結劑的配比的影響電池在大電流放電時性能,內阻極化明顯,電壓急劇下降,因此要通過增加導電劑來提高正負極的導電性,以減小極化電壓;同時電池在大電流放電時,會出現發熱現象,正負極活性物質有可能在循環過程中發生脫落。為了保證電池的正常工作電壓和理想的循環壽命,需要合理地搭配活性物質、導電劑和粘結劑。本文作者研究了正極活性物質與導電劑、粘結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了電壓下降,電池活性物質搭配適宜,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與導電劑、粘結劑的配比,對電池的高倍率性能有明顯的影響。

電池極板面密度、壓實密度的影響電池正負極板的面密度、壓實密度對電池充放電性能有很大的影響。極板的面密度、壓實密度過大,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部,造成電池濃差極化和內阻增大,而且過于致密的活性物質在循環過程中,會由于電解液的逐漸滲入,發生溶脹,導致脫落,造成電池充放電性能的下降;極板的面密度、壓實密度太小,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。需要合理地設計極板的面密度、壓實密度,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。

電池的循環性能

高倍率電池在循環過程中,容量有回升的現象,但總體來說,容量下降平穩。電池循環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境的需要。

通過改變電池卷芯的結構,從內部降低了電池的內阻,使電池能夠以15C的大電流放電。在此基礎上,通過調整活性物質與導電劑的配比,改善了放電平臺;通過調整極板的面密度和壓實密度,提高了大電流放電性能。電池循環(0.5C恒流充電至4.2V轉恒壓充電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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