鉅大LARGE | 點擊量：260次 | 2023年08月21日
18650型高性能鋰蓄電池
電源技術研究與設計高性能18650型鋰離子蓄電池張澤波，劉秀生，薛梅，楊清欣，汪繼強（信息產業(yè)部電子第十八研究所，天津300381）（LiNi0.8Co0.2O2）為正極，中間相炭微珠（MCMB）為負極的18650型鋰離子蓄電池。電池的放電容量分別大于1700mAh電池比能量達到了130Wh/kg和350Wh/L.在室溫條件下，0.5C電池的循環(huán)壽命1000次時，其容量仍為初始容量的60%.70%.以氧化鈷鋰為正極的電池在一40°C.0.2C速率。終止電壓2.5V的條件下，放電容量為室溫容量的60%.實驗結果表明，電池安全可靠。
鋰離子蓄電池自1991年商品化以來發(fā)展迅速。目前它不但廣泛用于攝象機、筆記本電腦、蜂窩電話等便攜式電子設施，而且正在成為電動車、特種通訊、航天、特種領域電子設施的候選電源111.這就要求電池具有更高的比能量、更長的工作壽命及良好的高、低溫放電特性。為此我們試驗了高性能的正極材料氧化鈷鋰、氧化鎳鈷鋰和負極碳材料一中間相炭微珠，對電池設計進行優(yōu)化改進電極成型工藝，篩選不同組分和配比的電液體系，研制出具有高性能的18650型鋰離子蓄電池。
以金屬鋰為負極，采用扣式電池試驗了正極材料LiCo2和LiNi0.8Co0.O2的充放電特性。充放電壓范圍3.充放電流密度0.2mA/cm2.研究了負極炭粉MCMB顆粒度及其分布與電池容量及充放電效率的關系，并試驗了負電極成型工藝條件。
電液體系的篩選對電解質為1mol/LLiPFf以碳酸乙烯酯（EC）為主體的不同組分〔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〕和比例的多元電液體系進行試驗。研究了其與電極材料的相容性和對電池容量。充放效率、盾環(huán)壽命。倍率特性。溫度特性的影響。
電池工藝參數(shù)的設計和電極的制作根據(jù)材料的試驗結果，設計了電池正負極活性物質的配比及電極的工藝參數(shù)。將正極活性物質與一定比例的添加劑均勻混和，加到聚偏二氟乙烯/N甲基吡咯烷酮（PVDF/NMP）粘結液中，攪拌均勻，制成正極漿料，均勻涂于鋁箔基體上。經過烘干。壓片。裁片等工藝制成正電極。按同樣方法制成負電極。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
負電極基體為銅箔。
電池的制作及實驗合隔膜卷繞成極芯，電液為1mol/LLiPFf/EC+DEC+DMC，制成18650型電池。電池采用恒流限壓、直壓限流的充電機電源技術制，充放電壓范圍為2.75~4.1V.電池化成電流為0.2C，循環(huán)壽命試驗的電流為1A.按ICR18650電池的技術條件，進行了電池的倍率（1C）、低溫（一20C、一30C、一40C）、循環(huán)壽命試驗及安全特性試驗。其中安全特性試驗包括過充（3C充電、限壓10V）、短路（電阻小于50線路內短接）、沖擊（10kg重物、2/3m5mm尖針刺透）、熱箱（150°C環(huán)境下放置）等。所有試驗數(shù)據(jù)由計算機自動采集，試驗現(xiàn)象遠程可視化監(jiān)控記錄。電池的電性能試驗在ArbinBT-2401自動充放電儀上進行。
以LiNi2為主體的三方晶系結構。LiNi0.8C0.22材料的第一次充放電比容量分別為180mAh/g和150mAh/g這明顯高于LiC2的比容量。而且它的第一次高的充電容量為電池的設計提供了良好的基礎。因為鋰離子蓄電池的碳電極在第一次充電時，要在其表面生成一層固體電解質保護膜，消耗一定量的正極活性物質成為不可逆容量。米用LiNi0.Co0.O2作正極時，電池設計不必考慮過多增加正極活性物質量。
平均每次循環(huán)容降0.04%.電池以1C、2C速率放電容量分別為初始容量的99.4%和98.9%.電池具有良好的低溫放電特性，在一MCMLiCoO2電池倍率放電曲線°以0.30時，以率放電容量達到了初始容量的80%；在一40時以0.2C速率放電達到了初始容量的60%.電池良好的低溫放電特性主要是電極材料和電MCMLiCoO2電池低溫放電峨液共同作用的結果。尤負極的18650型鋰離子蓄電池放電特性曲線。電池的放電容量大于1700mAh，電池在室溫、充放電壓2.75放電效率由87%提高到90.6%.并且在優(yōu)化的電液體系中，電池的充放電效率可提高到近92%.通過改進電極成型加工工藝，提高了電池循環(huán)的穩(wěn)定性。
~是以Li-CoO2為正極、MCMB為負極的18650型鋰離子蓄電池的放電特性曲線。
41V、1A放電電流、100%DOD條件下，循環(huán)壽命超過1000次，平均每次循環(huán)容降0.04%.電池良好的循環(huán)壽命主要得益于電極在電解液中的穩(wěn)定性31.電池以1C、2C速率放電容量分別為初始容量的945%和89.8%.電池在一由圖可知，放電容量大于1550mAh，電池在室溫、充放電壓2.75~41V、1A放電電流、100%DOD條件下，循環(huán)壽命超過1000次，C時以0.2C速率放電容量為初始容量的80.5%，一30C時放電容量為初始容量的57.1%.~2為電池的安全特性試驗曲線。
電池低溫放電曲線過充、短路、沖擊等項試lowtemperature驗中，電池的取溫度低于120C無起火、爆炸研究與設計現(xiàn)象發(fā)生，安全可靠。這是因為在電池的設計及制作中，從材料、結構、安全裝置等多方面采取了安全保護措施。
3結論通過試驗和選擇電極材料，改進電極成型工藝，篩選電液體系，優(yōu)化電池設計和安全設計，研制成了為正極、MCMB為負極的18650型鋰離子蓄電池。電池具有較高的放電容量和1700mAh）高的比能量（130Wh/kg和350Wh/L）長的工作壽命（1000次）和良好的低溫放電性能（一40°C）。電池工作安全可靠，能滿足不同領域對電池的特殊要求。
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