表
1
实验电池的组成
Table 1
The composition of experimental batteries
编号
正极成分
结构 极耳
电解液
添加剂
[ 4 ]
制备数
量
/
只
A1
LiNi
1/ 3
Co
1/ 3
Mn
1/ 3
O
2
(
D
50
= 9
μ
m)
单极耳 镍带 导电锂盐
2
A2
LiNi
1/ 3
Co
1/ 3
Mn
1/ 3
O
2
(
D
50
= 9
μ
m)
单极耳 铜带 导电锂盐
2
A3
LiNi
1/ 3
Co
1/ 3
Mn
1/ 3
O
2
(
D
50
= 9
μ
m)
双极耳 铜带 导电锂盐
7
A4
LiNi
1/ 3
Co
1/ 3
Mn
1/ 3
O
2
(
D
50
= 12
μ
m)
双极耳 铜带 导电锂盐
4
A5
m
(LiMn
2
O
4
)
∶
m
(LiCoO
2
) = 1
∶
1
双极耳 铜带 导电锂盐
8
A6
m
(LiMn
2
O
4
)
∶
m
[LiNi
1/ 3
Co
1/ 3
Mn
1/ 3
O
2
(
D
50
= 9
μ
m) ] = 2
∶
1
双极耳 铜带 导电锂盐
4
A7
LiFePO
4
双极耳 铜带 导电锂盐
4
A8
m
(LiMn
2
O
4
)
∶
m
(LiCoO
2
) = 1
∶
1
双极耳 铜带
聚合物
4
A9
m
(LiMn
2
O
4
)
∶
m
(LiCoO
2
) = 1
∶
1
双极耳 铜带 纳米陶瓷
4
2 结果与讨论
2
1
1
高倍率放电对电池表面温度的影响
锂离子电池在放电时
,
会因欧姆热效应而升温 。取
A1
、
A2
和
A3
电池各
2
只
,
测得内阻分别为
32
1
2 m
Ω、
25
1
1 m
Ω
和
12
1
96 m
Ω
;
它们以
10 C
放电时的表面最高温度分别为
87
、
74
℃和
52
℃。由此可知
,
内阻对锂离子电池高倍率放
电时表面最高温度的影响很大
,
内阻小的电池的温度相对低
一些 。
图
1
为
A2
电池以
1 C
和
10 C
电流放电时表面温度的
变化 。
图
1
放电电流对
A2
电池表面温度的影响
Fig
1
1
Influence of discharge current on skin temperature of A2
battery
从图
1
可知
,
电池表面温度和放电容量基本上呈线性关
系 。由式
(1)
可知
,
当内阻
( R )
与电流
( I)
保持不变时
,
产生
的热量
( Q)
和时间
( t ,
可换算成容量
)
成正比 。
Q
= I
2
・
R
・
t
(1)
锂离子电池在放电时内阻的变化不大
,
因此
,
表面温度
和容量呈线性关系 。这也说明了内阻对锂离子电池放电时
的温升有直接的影响 。
2
1
2
正极材料的粒径对高倍率放电的影响
取
A3
、
A4
电池各
4
只
,
以
1 C
和
20 C
的电流进行放电
测试
,
结果见图
2
。
图
2
A3
、
A4
电池的
1 C
、
20 C
放电曲线
Fig
1
2
The 1 C ,20 C discharge curves of A3 ,A4 batteries
从图
2
可知
,
以
1 C
放电时
,
不同粒径的
LiNi
1/ 3
Co
1/ 3
Mn
1/ 3
O
2
装配电池的放电电压平台基本相同
,
曲线重合得较
好
;
以
20 C
放电时
,A3
电池的放电电压平台约为
3
1
10 V ,
A4
电池的放电电压平台约为
2
1
95 V
。这是可能由于在高倍
率放电条件下
,
电化学反应受扩散控制
,Li
+
在活性物质内的
扩散是反应控制步骤
,
粒径小的材料
,Li
+
的扩散路径短
,
极
化小
;
而粒径大的材料
,Li
+
扩散的路径长
,
来不及补偿活性
物质内部从负极流入正极的电子
,
正极中积累了过量的电
子
,
使电极电位从平衡电位负向移动
,
造成电压平台降低 。
A4
电池
20 C
放电容量是
1 C
放电容量的
94
1
1 % ;A3
电池
20 C
放电容量是
1 C
放电容量的
98
1
2 % ,
说明粒径小的正
极活性物质更利于
Li
+
的嵌入 。
2
1
3
不同正极活性物质高倍率放电性能比较
A5
、
A6
和
A7
电池所用正极材料的相关参数见表
2 ,
这
些电池的
1 C
、
8 C
放电曲线见图
3
。
表
2
正极材料的相关参数
Table 2
The parameters of cat hode materials
材料
晶体结构
Li
+
扩散系数
/
cm
2
・
S
- 1
电子电导率
/
S
・
cm
- 1
Li FePO
4
橄榄石
10
- 13
～
10
- 16
10
- 9
LiCoO
2
层状
10
- 10
～
10
- 12
10
- 3
LiMn
2
O
4
尖晶石
10
- 9
～
10
- 11
10
- 4
LiNi
1/ 3
Co
1/ 3
Mn
1/ 3
O
2
层状
10
- 11
10
- 4
图
3
A5
、
A6
和
A7
电池的
1 C
、
8 C
放电曲线
Fig
1
3
The 1 C ,8 C discharge curves of A5 ,A6 and A7 batteries
3
4
1