影響高倍率電池放電性能的因素

　　極耳對(duì)高倍率電池性能的影響，在高倍率放電的條件下，高倍率電池的放電電壓曲線會(huì)出現(xiàn)電壓峰，同時(shí)電池的放電容量也有所增大。通過(guò)紅外熱成像的方法對(duì)鋰離子電池高倍率放電條件下的熱行為進(jìn)行比較細(xì)繳的研究表明：鉀離子電池放電過(guò)程中各個(gè)區(qū)域的電極反應(yīng)是非常不平衡的。高倍率放電的條件下，開始時(shí)電池極耳附近區(qū)域的電阻較小，電流密度較大，因此這部分產(chǎn)生的熱量比較大，溫度升高較快。在放電過(guò)程的后期，靠近極耳區(qū)域的容量耗盡，遠(yuǎn)離極耳區(qū)域的部分如果溫度上升比較緩慢時(shí)，會(huì)導(dǎo)致放電過(guò)程終止，反之會(huì)出現(xiàn)電壓上升的現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)大電流放電鋰離子電池時(shí)可在電樓極片上多焊接幾個(gè)樓耳，這樣在高倍率放電條件下，高倍率放電初期電池內(nèi)部就會(huì)有多個(gè)區(qū)域內(nèi)阻較小，電流密度較大，反應(yīng)速度較快，從而緩和單極耳情況下的劇烈反應(yīng)。其實(shí)，當(dāng)電極上焊接有多個(gè)極耳時(shí)，就相當(dāng)于幾個(gè)小電池并聯(lián)而形成了一個(gè)大電池，電池電壓U不變，

　　U=U=U=U'·…

　　而大電池電阻R就由幾個(gè)小電池電阻R1、R3、R…等并聯(lián)組成，近似表示為：

　　R=1/(1/R，+1/R2+l/R·…+l/R)

　　R必定小于R1、R2、R3、Rn…之中任何一個(gè)，如果電池只有一個(gè)極耳，那么

　　R=R，+R+R+…+R.

　　結(jié)果是并聯(lián)之后高倍率電池總內(nèi)阻大大降低。在大電流放電情況下，高倍率電池溫度上升很快，點(diǎn)焊多個(gè)極耳的電池由于內(nèi)阻較低，溫升有所緩和，電池表面溫度降低。

　　高倍率電池以5C放電時(shí)，單極耳電池放電容量達(dá)到1060mAh左右，雙極耳電池的放電容量約為1030mAh左右，比單極耳電池略低。但是，雙極耳電池的初始放電電壓較單故耳電池高，放電平臺(tái)不如單極耳電池平坦。以一定型號(hào)的軟包裝鋰離子電池為研究對(duì)象，增加了極片上的極耳數(shù)量就必然增加了電池的厚度(由于極耳點(diǎn)焊于電極片上會(huì)占用一部分電池的厚度)，所以，對(duì)于固定型號(hào)尺寸的鋰離子電池.這種雙極耳的電池相對(duì)來(lái)說(shuō)容量會(huì)略有降低。因此，雙極耳電池比單極耳電池的放電容量低。電壓平臺(tái)下降較快并不是因?yàn)殡p極耳電池電化學(xué)性能差而導(dǎo)致，而是由于增加了電池的極耳，就必然增加了電池的厚度，減少了極片的長(zhǎng)度，從而減少了活性物質(zhì)的使用量而導(dǎo)致。

　　當(dāng)高倍率電池型號(hào)變大、尺寸變大時(shí)，由于極耳數(shù)量引起的厚度增加會(huì)相對(duì)減小，此時(shí)單、雙極耳電池所用的活性物質(zhì)量相當(dāng)，電池容量也會(huì)差別不大，高倍率電池放電曲線更加平滑。381530和063465型號(hào)的電池，分別采用單、雙極耳技術(shù)的容量變化，容量變化對(duì)小型號(hào)電池的影響更大。綜合分析認(rèn)為增加了電池的極耳數(shù)量確實(shí)能改善電池的高倍率放電性能，而且，尤其適合應(yīng)用于大型號(hào)、大尺寸的軟包裝電池。從電池的8C放電曲線我們可以清晰的看到.在高倍率放電性能方面，雙極耳電池確實(shí)比單極耳電池具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。從電池的放電曲線可以看到，雙極耳電池的初始放電電壓較高，放電曲線較平滑，只是放電容量較低。另外從單被耳電池的放電曲線上可以發(fā)現(xiàn)，單極耳電池放電時(shí)電壓確實(shí)先降低較快，而后上升出現(xiàn)一個(gè)電壓峰，而雙極耳電池的放電曲線上沒(méi)有出現(xiàn)電壓峰。因此本文認(rèn)為增加電池的極耳數(shù)量是改善鋰離子電池高倍率放電性能的一個(gè)研究方向。我們還可以在正負(fù)電極片上分別焊接3個(gè)極耳，只是這樣必然會(huì)增加鋁塑膜的熱封難度，容易加熱過(guò)度，導(dǎo)致電池短路漏液等問(wèn)題。當(dāng)然如果加熱條件控制合適完全可以做到封口美觀、熱封良好(我們成功的做過(guò)這方面實(shí)驗(yàn)，成品率較低，對(duì)熱封條件要求苛刻)，只是所用極耳的數(shù)量及寬度尺寸與具體電池的尺寸有關(guān)，具體型號(hào)的電池還應(yīng)實(shí)驗(yàn)證明究竟應(yīng)使用多少數(shù)量、多大尺寸的極耳。

　　增加了高倍率電池的極耳數(shù)量確實(shí)有效的減小了電池的內(nèi)阻(對(duì)大型號(hào)電池，如063465明顯)，但是增加了極耳的數(shù)量導(dǎo)致能夠使用的電池的活性物質(zhì)減少。

　　高倍率電池電極極片對(duì)放電性能的影響，大電流放電情況下，活性物質(zhì)反應(yīng)速度很快，要求離子能于材料中迅速的嵌入、脫出。極片若是較厚，無(wú)疑加長(zhǎng)了離子運(yùn)動(dòng)的路徑，增加了離子運(yùn)動(dòng)的阻力，因此開發(fā)大電流放電電池應(yīng)考慮將電極片薄。但是電極片如果壓實(shí)密度較大，則活性物質(zhì)內(nèi)部離子運(yùn)動(dòng)的小路徑、小孔隙變的更小，由于電池內(nèi)阻增大與材料孔隙率減小有順變關(guān)系，因此壓實(shí)密度過(guò)大，材料與電解液間接觸面減小，電池內(nèi)阻就會(huì)增大網(wǎng);若壓實(shí)密度較小，則電極厚度相對(duì)增大，對(duì)于同樣厚度的電極，涂敷于電極表面的活性物質(zhì)相對(duì)減少。對(duì)同-·標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的電池所用的活性材料減少，電池容量減小。所以必須調(diào)整電極敷料的壓實(shí)密度，減小電極的電阻以利于電池大電流放電。

　　結(jié)果表明改變導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)的配比量及極片的面密度、壓實(shí)密度對(duì)提高電池的高倍率放電性能有很大的幫助。

　　高倍率電池每個(gè)電極均采用雙極耳放電。電池的8C放電曲線已經(jīng)呈現(xiàn)出非常好的形狀，曲線放電平臺(tái)平滑，5C放電時(shí)電池于3.4V截止電壓下放電容量達(dá)到800mAh以上，首次充電容量為964mAh，放電容量為955mAh，放電效率為99.1%。8C放電3.2V截止電壓下放電容量也達(dá)到880mAh以上，首次充電容量為954mAh，放電容量為946mAh，放電效率為99.2%。可以看出a類電池隨著循環(huán)次數(shù)的增加放電情況越來(lái)越差，電壓峰越來(lái)越明顯，曲線雜亂，中值電壓比較低。b類電池放電曲線平滑，平臺(tái)平坦，電片平臺(tái)較高，多次循環(huán)容量衰減較小，曲線密集集中。

　　高倍率電池5C放電時(shí)電池放電時(shí)間達(dá)到11min分鐘左右，8C放電時(shí)放電時(shí)間也在

　　7.5min以上。b類電池的放電時(shí)間大大提高了，而且放電時(shí)電池表面溫度有較大幅度的降低，尤其是8C放電時(shí)，溫度竟然下降了14℃之多。由于電解液的電導(dǎo)率隨溫度的升高增加很快，電解液電導(dǎo)率增加則電池的導(dǎo)電性增加，應(yīng)當(dāng)更加有助于大電流放電，然而b類電池高倍率放電性能依然優(yōu)于a電池，確實(shí)極大地提高了鉀離子電池高倍率放電性能。高倍率電池大電流放電時(shí)通常溫度很高，需要改善其高溫性能及安全性，而鋰離子電池的使用環(huán)境要求苛刻，LiCoO2材料安全性較差，因此，降低高倍率放電時(shí)的溫度有助于提高鋰離子電池的安全性，放電溫度降低而高倍率放電性能良好成為b型電池的又一大優(yōu)點(diǎn)。