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高倍率锂电芯的放电性能

高倍率电池在高倍率放电时,由于极化,电压急剧下降,需要尽量降低电池电芯的内阻。可在电极极片上焊接多只极耳,降低电池的内阻,使电流密度增大,电荷传递速度加快;但在实际操作过程中,正负极基体易受损,影响大电流放电的效果。

通过改变高倍率电池内部结构来提高电池的高倍率放电性能。电池采用传统的1只卷芯的电池结构,负极极耳为传统的镍极耳;而高倍率电池为了降低内阻,采用2只卷芯并联的结构,负极极耳采用导电性更好的钢带,以保证电荷的传递速度。电池和高倍率电池的内阻分别为42.5mΩ和20.2,高倍率电池的内阻比2-1电池降低了一半。

两组电池分别以0.5C恒流充电至4.2V转恒压充电2h,截止电流为0.02C(双控制,只要一个达到限制即可,下同);再以15C恒流放电,终止电压为2.75V。

普通电池由于内阻大,电压在放电瞬间即下降到2.75V以下,基本放不出电;高倍率电池虽然在放电初期电压下降较快,放电电压平台从3.7V下降到3.4V,但放电效果明显优于采用传统方式制作的电池。采用2只卷芯并联的结构,同时使用导电性更好的铜极耳,可降低电池的内阻,提高大电流放电性能。

正极活性物质与导电剂、粘结剂的配比的影响电池在大电流放电时性能,内阻极化明显,电压急剧下降,因此要通过增加导电剂来提高正负极的导电性,以减小极化电压;同时电池在大电流放电时,会出现发热现象,正负极活性物质有可能在循环过程中发生脱落。为了保证电池的正常工作电压和理想的循环寿命,需要合理地搭配活性物质、导电剂和粘结剂。本文作者研究了正极活性物质与导电剂、粘结剂的配比对电池高倍率放电性能的影响。以15C放电时,两种电池在放电瞬间都出现了电压下降,电池活性物质搭配适宜,极化程度小于普通电池,放电电压平台为3.6V,高于普通电池(3.5V)。这说明高倍率电池的正极活性物质与导电剂、粘结剂的配比,对电池的高倍率性能有明显的影响。

电池极板面密度、压实密度的影响电池正负极板的面密度、压实密度对电池充放电性能有很大的影响。极板的面密度、压实密度过大,虽然有利于提高电池的能量密度,但是电解液很难渗透到极板内部,造成电池浓差极化和内阻增大,而且过于致密的活性物质在循环过程中,会由于电解液的逐渐渗入,发生溶胀,导致脱落,造成电池充放电性能的下降;极板的面密度、压实密度太小,虽然有利于电解液的渗透和减少电极的浓差极化,并提高电池的大电流充放电性能,但电池的能量密度偏低。需要合理地设计极板的面密度、压实密度,在保证大电流放电性能的前提下,最大限度地提高电池的能量密度。

电池的循环性能

高倍率电池在循环过程中,容量有回升的现象,但总体来说,容量下降平稳。电池循环220次,容量衰减到额定容量的87%,能满足航模等高倍率放电环境的需要。

通过改变电池卷芯的结构,从内部降低了电池的内阻,使电池能够以15C的大电流放电。在此基础上,通过调整活性物质与导电剂的配比,改善了放电平台;通过调整极板的面密度和压实密度,提高了大电流放电性能。电池循环(0.5C恒流充电至4.2V转恒压充电2h,截止电流为0.02C;搁置30min;15C放电,终止电压2.75V)220次,容量衰减到额定容量的87%。

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