鋰離子蓄電池鋁殼合金分對(duì)電池性能有哪些影響？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-11 20:24
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鋰離子蓄電池鋁殼合金分對(duì)電池性能的影響
目前鋰離子蓄電池應(yīng)用比較廣泛，它以比能量高及設(shè)計(jì)靈活為主要特點(diǎn)，現(xiàn)在比起其它體系的電池，鋰離子蓄電池在便攜式電池中占63%的銷售值[1]。這就是人們?yōu)楹卧诨驹砗蛻?yīng)用上特別關(guān)注鋰離子蓄電池的原因[2]。其中鋁殼鋰離子蓄電池應(yīng)用較多，現(xiàn)在鋁殼鋰離子蓄電池主要有方角和圓角兩種。鋁殼材質(zhì)一般為鋁錳合金。它含有的主要合金成分有Mn、Cu、Mg、Si、Fe。這些成分的主要作用是：Cu和Mg進(jìn)步強(qiáng)度和硬度，尤其可以使鋁合金具有時(shí)效硬化的特性，使之通過處理而明顯強(qiáng)化;Mn主要進(jìn)步耐腐蝕性;Si增強(qiáng)含鎂鋁合金的熱處理強(qiáng)化效果;Fe可以進(jìn)步高溫強(qiáng)度[3]。合金成分含量不同，對(duì)電池殼的影響也不同。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，進(jìn)步Cu和Mg的含量會(huì)改進(jìn)電池殼的強(qiáng)度和硬度，抵制電池的鼓脹，也進(jìn)一步影響電池性能?！ ∥覀円?53450A/860方角鋁殼鋰離子蓄電池為研究對(duì)象，研究分析了殼材質(zhì)合金含量對(duì)電池及性能的影響?！ ?實(shí)驗(yàn) 1.1實(shí)驗(yàn)電池的制作 053450A/860電池，殼壁厚0.25mm，外形厚5.0mm，最大偏差不大于0.05mm。此型號(hào)電池制作工藝較成熟，電池殼薄厚居中，芯進(jìn)殼松緊適中，因此以它為例來說明殼材質(zhì)成分對(duì)電池的影響。表1是鋁材的三種不同合金成分，分別制作此三種材質(zhì)的053450A殼各100只，每種材質(zhì)殼的代號(hào)分別為053450A1、053450A2、053450A3。各取50只殼進(jìn)行材質(zhì)性能檢測(cè)，分別測(cè)定材質(zhì)硬度及材質(zhì)鼓脹情況，三種合金成分鋁材的殼硬度分別為46.78、52.36、61.49HV;殼鼓脹量分別為0.98、0.75、0.61mm。需要說明的是測(cè)硬度的儀器采用維氏硬度計(jì)，丈量前要選擇較光滑、平整的殼壁，否則會(huì)影響丈量值;材質(zhì)的鼓脹量實(shí)驗(yàn)是在對(duì)電池殼進(jìn)行封口時(shí)，從注液孔注進(jìn)相同氣壓丈量同一位置的鼓脹值得到的。表2是丈量得到的這100只電池殼的外形尺寸均勻值，可見殼外形尺寸基本一致。按照正常生產(chǎn)工藝，涂布正、負(fù)極片并壓光，保證壓光厚度一致，并分切成寬度一致的小片。選用16μm隔膜，經(jīng)相同尺寸卷針卷繞成電芯?！ ≡谧⒁汗ば蜃⑦M(jìn)等量的電解液，然后進(jìn)行化成、分選，并進(jìn)進(jìn)老化庫老化?？傊?，確保這150只實(shí)驗(yàn)電池填充物一致，執(zhí)行工藝一致。老化后的成品電池厚度均勻值分別為5.20、 5.14、5.10mm，膨脹系數(shù)均勻值分別為1.038、1.024、1.018。
充電頻次的選擇
蓄電池充電深度對(duì)循環(huán)壽命影響很大，基本呈指數(shù)變化。這是由于正極活性物為Pb02，其結(jié)合牢度不高，放電時(shí)轉(zhuǎn)化成PbS04充電時(shí)又轉(zhuǎn)化成PbO2，而PbSO4的體積遠(yuǎn)比PbO2體積大(其體積之比約為2：1)。因此，對(duì)正極板而言，活性物將會(huì)膨脹收縮反復(fù)進(jìn)行，使其粒子之間的連接逐漸脫落，使蓄電池活性物失去放電特性成為“陽極泥”，使蓄電池性能下降，直至壽命終止。放電深度越深，膨脹收縮量越大，對(duì)活性物結(jié)合力破壞越大，壽命越短；反之則循環(huán)壽命越長?！ 睦碚撋现v蓄電池使用時(shí)應(yīng)盡量避免深放電，應(yīng)做到淺放勤充，前提是有特別匹配的充電器與之匹配。但是實(shí)際使用中，由于蓄電池充電受充電器性能和蓄電池本身的離散及充電習(xí)慣及充電速度影響，充電器的電壓均比較高，或多或少都存在過充電。特別是充電多數(shù)在夜間進(jìn)行，時(shí)間一般在6-10小時(shí)，平均8小時(shí)左右，若是淺放電，其充電很快就會(huì)到達(dá)末期，這時(shí)充電效率變低，會(huì)產(chǎn)生過充電。過充電時(shí)間比較長，加上頻繁充電，就會(huì)使蓄電池壽命因充電受到較大影響?！ ∽罾硐氲某潆娨蟾鶕?jù)實(shí)際情況而定，要參考平時(shí)運(yùn)行頻率、里程情況、蓄電池廠提供的說明，以及配套的充電器性能等參數(shù)制定充電頻次。按絕大多數(shù)用戶的情況，蓄電池以放電深度為50%-70%時(shí)充一次電最佳，這樣可使蓄電池壽命達(dá)到最佳效果。實(shí)際使用時(shí)可折算成騎行里程，在需要時(shí)充一次電。
目前鋰離子蓄電池應(yīng)用比較廣泛，它以比能量高及設(shè)計(jì)靈活為主要特點(diǎn)，現(xiàn)在比起其它體系的電池，鋰離子蓄電池在便攜式電池中占63%的銷售值[1]。這就是人們?yōu)楹卧诨驹砗蛻?yīng)用上特別關(guān)注鋰離子蓄電池的原因[2]。其中鋁殼鋰離子蓄電池應(yīng)用較多，現(xiàn)在鋁殼鋰離子蓄電池主要有方角和圓角兩種。鋁殼材質(zhì)一般為鋁錳合金。它含有的主要合金成分有Mn、Cu、Mg、Si、Fe。這些成分的主要作用是：Cu和Mg進(jìn)步強(qiáng)度和硬度，尤其可以使鋁合金具有時(shí)效硬化的特性，使之通過處理而明顯強(qiáng)化;Mn主要進(jìn)步耐腐蝕性;Si增強(qiáng)含鎂鋁合金的熱處理強(qiáng)化效果;Fe可以進(jìn)步高溫強(qiáng)度[3]。合金成分含量不同，對(duì)電池殼的影響也不同。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，進(jìn)步Cu和Mg的含量會(huì)改進(jìn)電池殼的強(qiáng)度和硬度，抵制電池的鼓脹，也進(jìn)一步影響電池性能?！ ∥覀円?53450A/860方角鋁殼鋰離子蓄電池為研究對(duì)象，研究分析了殼材質(zhì)合金含量對(duì)電池及性能的影響?！ ?實(shí)驗(yàn) 1.1實(shí)驗(yàn)電池的制作 053450A/860電池，殼壁厚0.25mm，外形厚5.0mm，最大偏差不大于0.05mm。此型號(hào)電池制作工藝較成熟，電池殼薄厚居中，芯進(jìn)殼松緊適中，因此以它為例來說明殼材質(zhì)成分對(duì)電池的影響。表1是鋁材的三種不同合金成分，分別制作此三種材質(zhì)的053450A殼各100只，每種材質(zhì)殼的代號(hào)分別為053450A1、053450A2、053450A3。各取50只殼進(jìn)行材質(zhì)性能檢測(cè)，分別測(cè)定材質(zhì)硬度及材質(zhì)鼓脹情況，三種合金成分鋁材的殼硬度分別為46.78、52.36、61.49HV;殼鼓脹量分別為0.98、0.75、0.61mm。需要說明的是測(cè)硬度的儀器采用維氏硬度計(jì)，丈量前要選擇較光滑、平整的殼壁，否則會(huì)影響丈量值;材質(zhì)的鼓脹量實(shí)驗(yàn)是在對(duì)電池殼進(jìn)行封口時(shí)，從注液孔注進(jìn)相同氣壓丈量同一位置的鼓脹值得到的。表2是丈量得到的這100只電池殼的外形尺寸均勻值，可見殼外形尺寸基本一致。按照正常生產(chǎn)工藝，涂布正、負(fù)極片并壓光，保證壓光厚度一致，并分切成寬度一致的小片。選用16μm隔膜，經(jīng)相同尺寸卷針卷繞成電芯?！ ≡谧⒁汗ば蜃⑦M(jìn)等量的電解液，然后進(jìn)行化成、分選，并進(jìn)進(jìn)老化庫老化?？傊?，確保這150只實(shí)驗(yàn)電池填充物一致，執(zhí)行工藝一致。老化后的成品電池厚度均勻值分別為5.20、 5.14、5.10mm，膨脹系數(shù)均勻值分別為1.038、1.024、1.018。
充電頻次的選擇
蓄電池充電深度對(duì)循環(huán)壽命影響很大，基本呈指數(shù)變化。這是由于正極活性物為Pb02，其結(jié)合牢度不高，放電時(shí)轉(zhuǎn)化成PbS04充電時(shí)又轉(zhuǎn)化成PbO2，而PbSO4的體積遠(yuǎn)比PbO2體積大(其體積之比約為2：1)。因此，對(duì)正極板而言，活性物將會(huì)膨脹收縮反復(fù)進(jìn)行，使其粒子之間的連接逐漸脫落，使蓄電池活性物失去放電特性成為“陽極泥”，使蓄電池性能下降，直至壽命終止。放電深度越深，膨脹收縮量越大，對(duì)活性物結(jié)合力破壞越大，壽命越短；反之則循環(huán)壽命越長?！ 睦碚撋现v蓄電池使用時(shí)應(yīng)盡量避免深放電，應(yīng)做到淺放勤充，前提是有特別匹配的充電器與之匹配。但是實(shí)際使用中，由于蓄電池充電受充電器性能和蓄電池本身的離散及充電習(xí)慣及充電速度影響，充電器的電壓均比較高，或多或少都存在過充電。特別是充電多數(shù)在夜間進(jìn)行，時(shí)間一般在6-10小時(shí)，平均8小時(shí)左右，若是淺放電，其充電很快就會(huì)到達(dá)末期，這時(shí)充電效率變低，會(huì)產(chǎn)生過充電。過充電時(shí)間比較長，加上頻繁充電，就會(huì)使蓄電池壽命因充電受到較大影響?！ ∽罾硐氲某潆娨蟾鶕?jù)實(shí)際情況而定，要參考平時(shí)運(yùn)行頻率、里程情況、蓄電池廠提供的說明，以及配套的充電器性能等參數(shù)制定充電頻次。按絕大多數(shù)用戶的情況，蓄電池以放電深度為50%-70%時(shí)充一次電最佳，這樣可使蓄電池壽命達(dá)到最佳效果。實(shí)際使用時(shí)可折算成騎行里程，在需要時(shí)充一次電。
