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高性能18650型锂离子蓄电池

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-01-20  来源:中国蓄电池网  作者:[db:作者]  浏览次数:307
核心提示:  电源技术研究与设计高性能18650型锂离子蓄电池张泽波,刘秀生,薛梅,杨清欣,汪继强(信息产业部电子第十八研究所,天津300381)(LiNi0.8Co0.2O2)为正极,中间相炭微珠(MCMB)

  电源技术研究与设计高性能18650型锂离子蓄电池张泽波,刘秀生,薛梅,杨清欣,汪继强(信息产业部电子第十八研究所,天津300381)(LiNi0.8Co0.2O2)为正极,中间相炭微珠(MCMB)为负极的18650型锂离子蓄电池。电池的放电容量分别大于1 700mAh电池比能量达到了130Wh/kg和350Wh/L.在室温条件下,0.5C电池的循环寿命1000次时,其容量仍为初始容量的60%.70%.以氧化钴锂为正极的电池在一40°C.0.2C速率。终止电压2.5V的条件下,放电容量为室温容量的60%.实验结果表明,电池安全可靠。

  锂离子蓄电池自1991年商品化以来发展迅速。目前它不但广泛用于摄象机、笔记本电脑、蜂窝电话等便携式电子设施,而且正在成为电动车、军事通讯、航天、航空领域电子设施的候选电源111.这就要求电池具有更高的比能量、更长的工作寿命及良好的高、低温放电特性。为此我们试验了高性能的正极材料氧化钴锂、氧化镍钴锂和负极碳材料一中间相炭微珠,对电池设计进行优化改进电极成型工艺,筛选不同组分和配比的电液体系,研制出具有高性能的18650型锂离子蓄电池。

  以金属锂为负极,采用扣式电池试验了正极材料LiCo2和LiNi0.8Co0.O2的充放电特性。充放电压范围3.充放电流密度0.2mA/cm2.研究了负极炭粉MCMB颗粒度及其分布与电池容量及充放电效率的关系,并试验了负电极成型工艺条件。

  电液体系的筛选对电解质为1mol/LLiPFf以碳酸乙烯酯(EC)为主体的不同组分〔包括碳酸二乙酯(DEC)碳酸二甲酯(DMC)碳酸乙甲酯(EMC)碳酸丙烯酯(PC)等〕和比例的多元电液体系进行试验。研究了其与电极材料的相容性和对电池容量。充放效率、盾环寿命。倍率特性。温度特性的影响。

  电池工艺参数的设计和电极的制作根据材料的试验结果,设计了电池正负极活性物质的配比及电极的工艺参数。将正极活性物质与一定比例的添加剂均匀混和,加到聚偏二氟乙烯/N甲基吡咯烷酮(PVDF/NMP)粘结液中,搅拌均匀,制成正极浆料,均匀涂于铝箔基体上。经过烘干。压片。裁片等工艺制成正电极。按同样方法制成负电极。

  负电极基体为铜箔。

  电池的制作及实验合隔膜卷绕成极芯,电液为1mol/LLiPFf/EC+DEC+DMC,制成18650型电池。电池采用恒流限压、直压限流的充电机电源技术制,充放电压范围为2.75~4. 1V.电池化成电流为0.2C,循环寿命试验的电流为1A.按ICR18650电池的技术条件,进行了电池的倍率(1 C)、低温(一20C、一30C、一40C)、循环寿命试验及安全特性试验。其中安全特性试验包括过充(3C充电、限压10V)、短路(电阻小于50线路内短接)、冲击(10kg重物、2/3m 5mm尖针刺透)、热箱(150°C环境下放置)等。所有试验数据由计算机自动采集,试验现象远程可视化监控记录。电池的电性能试验在ArbinBT-2401自动充放电仪上进行。

  以LiNi2为主体的三方晶系结构。LiNi0.8C0.22材料的第一次充放电比容量分别为180mAh/g和150mAh/g这明显高于LiC2的比容量。而且它的第一次高的充电容量为电池的设计提供了良好的基础。因为锂离子蓄电池的碳电极在第一次充电时,要在其表面生成一层固体电解质保护膜,消耗一定量的正极活性物质成为不可逆容量。米用LiNi0.Co0.O2作正极时,电池设计不必考虑过多增加正极活性物质量。

  平均每次循环容降0.04%.电池以1C、2C速率放电容量分别为初始容量的99.4%和98. 9%.电池具有良好的低温放电特性,在一MCMLiCoO2电池倍率放电曲线°以0. 30时,以率放电容量达到了初始容量的80%;在一40时以0.2C速率放电达到了初始容量的60%.电池良好的低温放电特性主要是电极材料和电MCMLiCoO2电池低温放电峨液共同作用的结果。尤负极的18650型锂离子蓄电池放电特性曲线。电池的放电容量大于1700mAh,电池在室温、充放电压2.75放电效率由87%提高到90.6%.并且在优化的电液体系中,电池的充放电效率可提高到近92%.通过改进电极成型加工工艺,提高了电池循环的稳定性。

  ~是以Li-CoO2为正极、MCMB为负极的18650型锂离子蓄电池的放电特性曲线。

  41V、1A放电电流、100%DOD条件下,循环寿命超过1000次,平均每次循环容降0.04%.电池良好的循环寿命主要得益于电极在电解液中的稳定性31.电池以1C、2C速率放电容量分别为初始容量的945%和89.8%.电池在一由图可知,放电容量大于1550mAh,电池在室温、充放电压2.75~41V、1A放电电流、100%DOD条件下,循环寿命超过1000次,C时以0.2C速率放电容量为初始容量的80. 5%,一30C时放电容量为初始容量的57.1%. ~2为电池的安全特性试验曲线。

  电池低温放电曲线过充、短路、冲击等项试lowtemperature验中,电池的取温度低于120C无起火、爆炸研究与设计现象发生,安全可靠。这是因为在电池的设计及制作中,从材料、结构、安全装置等多方面采取了安全保护措施。

  3结论通过试验和选择电极材料,改进电极成型工艺,筛选电液体系,优化电池设计和安全设计,研制成了为正极、MCMB为负极的18650型锂离子蓄电池。电池具有较高的放电容量和1700mAh)高的比能量(130Wh/kg和350Wh/L)长的工作寿命(1 000次)和良好的低温放电性能(一40°C)。电池工作安全可靠,能满足不同领域对电池的特殊要求。

 
 
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