主要以聚乙烯為隔膜錳酸鋰(LiMn2O4)、鈦酸鋰(Li4Ti5O12)為電池正負(fù)極的活性物質(zhì)制備得到12 Ah軟包裝鋰離子電池。通過選擇合適的電解液配方及電極材料，并對制作工藝優(yōu)化后制備可得實(shí)驗電池。在1.6~2.8 V下對電池進(jìn)行充放電實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，常溫下以4.00 C 循環(huán)5 000 次時，電池的容量保持率仍大于96%；以0.50 C 放電時，高溫下其容量約為常溫下的 108.0%；最高脈沖放電比率為2238 W/kg。

 

一、實(shí)驗

 

    在制備負(fù)極片Li4Ti5O12 時，首先將超導(dǎo)炭黑、Li4Ti5O12、聚偏氟乙烯(PVDF)、KS-6按照0.05∶088∶0.05∶0.02的質(zhì)量比在N- 甲基吡咯烷酮(NMP)溶液中混合均勻，然后將所得漿料涂覆于20 μm 的鋁箔上，經(jīng)過烘干、滾壓、分切后即可得到電池負(fù)極極片。在制備正極片LiMn2O4時，首先將超導(dǎo)炭黑、LiMn2O4、聚偏氟乙烯(PVDF)、KS-6按照 0.04∶0.93∶0.03∶0.01的質(zhì)量比在NMP溶液中混合均勻，然后將所得漿料涂覆于20 μm的鋁箔上，經(jīng)過烘干、滾壓、分切后即可得到電池正 極極片。在配制電解液時，首先將 LiPF6 溶于碳酸甲乙酯與碳 酸乙烯酯的混合液(體積比為 1∶1)中，得到濃度為 1.5 mol/L 的電解液，電解液中正、負(fù)極成膜添加劑A、B及高溫改善劑的添加量均為2.5%。在制備電池時，隔膜采用 ND525 聚乙烯多孔膜，制備得到方形12Ah鋁塑膜軟包裝鋰離子電池。

    采用充放電儀并參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及手冊對制備所得電池的性能進(jìn)行測試，在化成時，首先靜置6 min 后，以0.15 C 的進(jìn)行恒流充電直至電壓為3.0 V，再以0.15 C 放電直至電壓為1.6 V，共循環(huán)2次。在進(jìn)行低溫容量測試時，首先在常溫下以1.0 C對其充電至電壓為2.8 V，再以0.5 C 在低溫(－25 ℃)及高溫(60 ℃)下分別放電至電壓為1.6 V，對其電壓-容量曲線進(jìn)行記錄。

    在對脈沖功率進(jìn)行測試時，首先將處于50%荷電態(tài)的電池以5.0 C充電10 s，再以7.5 C對其放電10s，并對其電壓-電流曲線進(jìn)行記錄。在對電池進(jìn)行常溫循環(huán)測試時，首先在常溫下以4.0 C對其充電至電壓為2.8 V，再以4.0 C對其放電至電壓為1.6 V，然后每隔200次進(jìn)行一次1.0 C的充放電測試，對1.0 C的放電容量進(jìn)行記錄，并得到1.0 C的放電容量與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系曲線。

 

二、結(jié)果與分析

 

    鈦酸鋰電池的化成電壓為3.0 V，首次充放電的效率僅為79.2%，一次分容容量為12.1 Ah。由于大量的Li+ 由正極遷移到負(fù)極后，由于不可逆反應(yīng)的發(fā)生產(chǎn)生了不可逆的產(chǎn)物，進(jìn)而使得電池的首次充放電的效率較低，其中的不可逆產(chǎn)物主要 在Li4Ti5O12負(fù)極的表面停留，由于不可逆產(chǎn)物的生成使得Li4Ti5O12 負(fù)極的表面生成一種與石墨相似的SEI膜。

    圖1所示為不同溫度下電池的放電曲線，表1所示為不同溫度下電池的放電容量及相對比例。觀察可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以常溫下電池的放電容量為基準(zhǔn)時，－25 ℃下電池放電容量的相對比例為67.9%，60 ℃下電池放電容量的相對比例為108.0%，并未出現(xiàn)脹氣的現(xiàn)象，這說明在高溫下電池具備良好的性能。

 

 

    對電池進(jìn)行脈沖比功率(HPPC)測試的主要目的是根據(jù)電池在放電、擱置及脈沖充放電時的電壓特性曲線，進(jìn)而得到電 池的直流阻抗和極化阻抗與SOC之間的函數(shù)關(guān)系。以實(shí)驗為基礎(chǔ)，計算即可得到充放電時電池的脈沖比功率、直流內(nèi)阻等參數(shù)，如圖2所示。觀察圖2可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)放電深度增加時，電池的直流內(nèi)阻隨之增加，也說明電池的做功能力隨之下降，當(dāng)放電深度在10%～80%的范圍內(nèi)，電池的脈沖充放電阻抗均小于3 mΩ，這說明該電池在大電流的條件下具有較好的脈沖充放電能力。當(dāng)放電深度為90%時，放電態(tài)的直流內(nèi)阻遠(yuǎn)大于充電態(tài)的直流內(nèi)阻，這主要是由于當(dāng)電位相同時，充電時的DLi大于放電時的DLi。由于 Li4Ti5O12 為Li+的良導(dǎo)體，而Li7Ti5O12為Li+的不良導(dǎo)體，所以使得 Li4Ti5O12 中的DLi較高。

 

    在充電時當(dāng)放電深度逐漸減小時，脈沖比功率先下降后上升，當(dāng)放電深度為50%時其脈沖比功率達(dá)到最大值4225 W/kg，當(dāng)放電深度大于50%時其脈沖比功率略有下降，這主要是由于當(dāng)充電深度逐漸增加時，Li4Ti5O12中的DLi逐漸降低，進(jìn)而使得電子的電導(dǎo)率上升，當(dāng)放電深度為50%時充電的直流內(nèi)阻達(dá)到最小值；在放電時當(dāng)放電深度逐漸上升時，脈沖比功率逐漸下降，這與相關(guān)文獻(xiàn)中的研究結(jié)果相一致，當(dāng)放電深度逐漸上升時，由于顆粒外層的Li+發(fā)生脫落使得 Li4Ti5O12中的電子內(nèi)阻增大，阻礙顆粒內(nèi)層Li+的脫落。

    圖3所示為實(shí)驗電池在4.00 C下的循環(huán)性能，觀察圖3可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)實(shí)驗電池在 4.0 C、電壓為1.6～2.8 V下循環(huán)5000次時，其容量保持率仍大于96%。實(shí)驗所用1、2號電池為同一批次的兩個樣品，其初始容量分別為12.1、11.5 Ah。循環(huán)前、后電池的體積分別為197.8、199.2cm3 ，這說明電池均未發(fā)生脹氣的現(xiàn)象。在化成時，電極的表面會有烷基碳酸酯類低聚物出現(xiàn)，這可抑制脹氣現(xiàn)象的發(fā)生。由于Li4Ti5O12材料的高穩(wěn)定性 使得電池具有較高的容量保持率。