鈦酸鋰電池脹氣程度與循環性能的關系分析

張靜 高玉雙 劉鵬

摘?要：隨著社會的進步和國民經濟的發展，人們在日常生產及生活活動中對電能的需求越來越高。LTO鋰離子電池的出現，為電力能源利用行業的發展帶來了新的契機，對其相關性能的研究也在逐步深化。本文主要分析了鈦酸鋰電池脹氣程度與循環性能之間的關系。

關鍵詞：鈦酸鋰電池;脹氣程度;循環性能

尖晶石型鈦酸鋰（Li4Ti5O12）材料的發展與應用，有效延長了鋰電池的使用壽命，但由于脹氣等方面的問題，一直沒有得到大范圍推廣。怎樣才能實現對鈦酸鋰電池脹氣原理的有效分析，并采取具有針對性的措施加以有效處理，促進其整體應用性能的提高，值得我們深思。

1 鈦酸鋰電池脹氣程度與循環性能關系實驗分析

1.1 實驗設計

1.1.1 電化學實驗

利用充放電儀針對三種容量不同的軟包電池（標號為1、2、3）進行充電、放電處理，三種電池的正極體系分別是三元鎳鈷錳、鈷酸鋰以及錳酸鋰。在倍率為1C、室溫為25℃的條件下對三種電池充放電處理三次，隨后作容量標定。在標定結束之后，將溫度提高到55℃，作充放電循環測試，每經過三百次循環對體積、容量變化進行測試，以此來計算電池容量的保持率。開展電化學交流阻抗測試，針對電池放電結束之后的開路點位加以測試，對正弦點位信號進行施加，其測試頻率范圍是001Hz-100kHz。

1.1.2 脹氣實驗

以電池體積測試原理為基礎，對電池脹氣的體積進行測試，具體過程為：①利用排水法對未循環1、2、3號鈦酸鋰電池原始體積進行測試。②當電池每循環充放電到300周，對電池作體積測試。③將經過充放電循環的電池體積數值，減去其原始體積，便得到電池所產生氣體的體積。

值得注意的是，在對電池體積進行測試的過程當中，要對電池極耳作絕緣處理，避免電池由于整個掉入到水中而出現短路等問題而使電池損壞。

1.2 實驗結果

1.2.1 電池容量

本實驗所用到的鈦酸鋰軟包電池，其標定容量分別是226、19.8和11.2Ah，每經過300次循環，對其容量進行測試，結果如表1所示。

1.2.2電池脹氣

利用自主設計的脹氣體積測試設備，對實驗所用三種鈦酸鋰電池初始體積進行測試，分別是323.17、239.35以及124.8ml，并對每經過300此循環之后電池體積進行測量，計算電池的脹氣體積以及脹氣率，結果如表2所示。

對電池經過實驗處理的狀態進行觀察，可以發現，跟循環之前相比，循環后電池能夠出現較為明顯的脹氣現象。

1.3 實驗討論

此實驗利用高溫環境，使鈦酸鋰電池脹氣以及循環容量衰減加速，對三種電池的鈦酸鋰電池經過循環的電化學性能、脹氣體積以及阻抗變化進行測試。經過分析得出以下結論：①在高溫條件下，針對鈦酸鋰電池進行充放電處理，會加速其老化速度，使容量保持率與脹氣情況呈現出較為明顯的變化。②三種電池在循環過程中的脹氣率都呈現為明顯上升趨勢，容量衰減明顯。可知電池脹氣率對于電池容量的保有率會形成較大的影響。③在高溫條件下，電池脹氣率對循環性能所形成的影響有一個臨界值。在電池循環的初期，脹氣率相對較低，對電池循環整體穩定性所形成的影響也比較小。但是在脹氣率超過某個值之后，電池內部的電解液呈現出分解程度與分布不均勻嚴重的情況，導致電池循環穩定性急劇下降。

2 結語

總而言之，鈦酸鋰電池在高溫條件下經過多次循環充放電會呈現出明顯的脹氣現象，對電池使用性能形成明顯影響。相關研究人員應該積極探索，對國外一些先進的研究理念加以借鑒，繼而與我國電池生產行業的整體情況相結合，為國家經濟發展注入源源不斷的活力。

參考文獻：

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[2]高靜靜，龔本利，等.鈦酸鋰電池脹氣問題的研究進展[J].電源技術，2015，39（09）：2010-2013.