高功率鈦酸鋰電池倍率及低溫性能研究

段泉濱　邱慧敏　趙程

【摘 要】以鈦酸鋰為負(fù)極，錳酸鋰為正極制作了32670型圓柱鋰離子電池，并對(duì)其常溫倍率及低溫性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明鈦酸鋰負(fù)極鋰離子電池具有優(yōu)異的常溫倍率及低溫放電性能，但電池低溫充電性能相比其放電性能略差。

【關(guān)鍵詞】鈦酸鋰；鋰離子電池；倍率；低溫

目前，商業(yè)化的鋰離子電池主要采用碳基材料作為負(fù)極，但其存在著安全及循環(huán)穩(wěn)定性能差等缺點(diǎn)。為解決這一問(wèn)題，研究人員引入了鈦酸鋰材料，它屬于一種“零應(yīng)變材料”，同時(shí)放電平臺(tái)可達(dá)1.55V，不易產(chǎn)生鋰晶枝，穩(wěn)定性高，安全性有了極大提高，越來(lái)越成為研究的熱點(diǎn)。本文采用鈦酸鋰為負(fù)極，錳酸鋰為正極，制作了高功率性能的2Ah圓柱形32670電池，并對(duì)其倍率及低溫性能進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)

電池制作：正極采用錳酸鋰，負(fù)極采用鈦酸鋰材料，然后正負(fù)極均以20μm厚的鋁箔作為集流體進(jìn)行涂布及極片制作，電池隔膜采用了40μm日本NKK紙隔膜。電池整體采用了卷繞工藝，并采用了極組兩端露箔的箔極耳的結(jié)構(gòu)，各連接部位采用激光焊接，焊接面積均達(dá)5mm2以上，由此制備出功率性能優(yōu)異的32670型樣品電池。

2 結(jié)果與討論

2.1 常溫倍率放電性能

常溫下，采用1C電流給電池充滿電，然后采用不同放電電流放電，測(cè)定電池放電容量及放電曲線。鈦酸鋰電池具有平穩(wěn)的放電平臺(tái)和非常優(yōu)異的大倍率放電性能，電池在20C電流的情況下，放電容量仍能夠達(dá)到1C放電容量的94.48%，但隨著放電電流的增大，放電平臺(tái)逐漸降低。

2.2 常溫倍率充電性能

常溫下，電池采用1C電流完全放電后，采用不同充電電流給電池充電，測(cè)定電池恒流充電至2.8V的充電容量及曲線。鈦酸鋰電池相比傳統(tǒng)鋰離子電池充電性能更加優(yōu)異，5C充電仍能達(dá)到1C時(shí)的90%左右，但是和其放電倍率相比性能略低，采用20C充電，恒流只能充入1C時(shí)的42.13%，充電平臺(tái)上升更加明顯。

2.3 低溫倍率放電性能

常溫下，電池采用1C電流充滿電后置于恒溫箱中保持8h，然后采用不同倍率電流進(jìn)行放電，測(cè)定其放電曲線，放電終止電壓設(shè)定為1.2V，恒溫箱溫度分別設(shè)置為-20℃、-40℃。圖1、2分別是電池不同溫度下倍率放電曲線。由放電曲線我們可以看出電池在-20℃時(shí)，電池大電流放電極化已較大，但15C仍能放電90%以上，在此溫度下電池初始極化較大，隨電池放電，電池內(nèi)部溫度升高，極化減小，-40℃時(shí)，電池采用1C放電能放出75%左右的容量，5C放電極化較大，開(kāi)始電壓快速下降至1.2V以下，無(wú)法正常穩(wěn)定放電。

2.4 低溫倍率充電性能

常溫下，電池采用1C電流完全放電后置于恒溫箱中保持8h，然后采用不同倍率電流進(jìn)行充電，測(cè)定其充電曲線，恒溫箱溫度分別設(shè)置為-20℃、-40℃。由充電曲線我們可以看出低溫狀態(tài)下，電池充電極化較大， -20℃充電電流只能位于3C以下，采用5C、10C電流已無(wú)法恒流充電，至-40℃，0.1C充電也只能恒流充入電池35%左右的電容量。

2.5 電池交流內(nèi)阻隨溫度變化

常溫下，將1#電池充滿電，2#電池采用1C放電完全，然后分別將兩只電池置于不同溫度的恒溫箱內(nèi)恒溫8h，使用交流內(nèi)阻測(cè)試儀（1KHz）測(cè)量電池交流內(nèi)阻，繪制電池交流內(nèi)阻隨溫度變化曲線，圖3。由圖中可以看出，電池交流內(nèi)阻隨溫度降低逐漸增大，其中滿電狀態(tài)電池內(nèi)阻增大比完全放電電池要快，-40℃時(shí)，滿電電池內(nèi)阻增大至原來(lái)的365%，完全放電電池內(nèi)阻增大至原來(lái)的285%。

3 結(jié)論

采用錳酸鋰為正極，鈦酸鋰為負(fù)極的鋰離子電池具有優(yōu)異的常溫倍率充放電性能及低溫放電性能，常溫狀態(tài)電池20C放電仍能放出容量的94%以上，5C恒流充電能充入1C時(shí)的89%以上，在低溫狀態(tài)時(shí)，電池內(nèi)阻隨溫度降低逐漸增高，-20℃仍能正常進(jìn)行15C放電，-40℃ 1C放電可以放出75%以上的電量，但電池低溫充電性能較其放電性能稍差，到-40℃，0.1C恒流充電也只能充入電池35%左右的電容量。

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[責(zé)任編輯：湯靜]