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鈷酸鋰軟包電池高溫循環(huán)膨脹改善研究

2021-10-18 17:22:46·  來源：電動學堂  作者：王理等  
　
文章來源：惠州億緯鋰能股份有限公司鈷酸鋰軟包電池是正極采用鈷酸鋰，外殼用鋁塑包裝膜封裝的電池，廣泛用于便攜式電子產(chǎn)品上。由于鈷酸鋰軟包電池的外殼采用的
文章來源：惠州億緯鋰能股份有限公司

鈷酸鋰軟包電池是正極采用鈷酸鋰，外殼用鋁塑包裝膜封裝的電池，廣泛用于便攜式電子產(chǎn)品上。由于鈷酸鋰軟包電池的外殼采用的是鋁塑膜，電池高溫循環(huán)后一般膨脹率大約10%。人們對循環(huán)性能的研究較多，大部分是通過電解液添加劑，改善正極材料和改善負極材料，未見從涂層隔膜角度降低循環(huán)膨脹率的報道。本論文擬在鈷酸鋰軟包電池上采用不同類型涂層隔膜，用于改善高溫循環(huán)膨脹率，同時電池保持較好的安全和電化學性能。

1實驗
1.1電池制備
電池A制備：采用正極鈷酸鋰，負極人造石墨，隔膜1(常用類型的隔膜)，電解液以及其他原材料，制作容量為480mAh的562528軟包電池。
電池B制備：采用隔膜2，其他同電池A，制作容量為480mAh的562528軟包電池。
電池C制備：采用隔膜3，其他同電池A，制作容量為480mAh的562528軟包電池。
電池D制備：采用隔膜4，其他同電池A，制作容量為480mAh的562528軟包電池。
電池E制備：采用隔膜5，其他同電池A，制作容量為480mAh的562528軟包電池。
電池F制備：采用隔膜6，其他同電池A，制作容量為480mAh的562528軟包電池。
表1列出了各種電池的制備對比情況。

1.2循環(huán)測試
采用新威充放電柜，在45℃下，將電芯以0.8C充電到4.4V，
截至電流0.05C，休眠10分鐘，1C放電到3V，休眠10分鐘，按如此過程循環(huán)規(guī)定的次數(shù)，測量循環(huán)前后的電池厚度。
2結果與討論
2.1電池的測試數(shù)據(jù)
表2匯總了各電池的測試數(shù)據(jù)。
2.2電池A和B的數(shù)據(jù)分析
電池A采用常用的7+2+2隔膜，7+2+2代表7μm基膜的一面涂布2μm陶瓷層然后再在同一面涂布2μm的PVDF膠層，該隔膜是采用水溶劑進行涂布的，電池A的45℃下300次循環(huán)后厚度膨脹率9.2%。
電池B的1+7+2+1隔膜代表7μm基膜的一面涂布2μm陶瓷層，然后再在隔膜的兩面各涂1μm的PVDF膠層，該隔膜是采用水溶劑進行涂布的。和電池A相比，電池B采用水系雙面涂PVDF膠隔膜，提升隔膜膠層和極片之間的黏附力，從而降低電池循環(huán)膨脹率到7.3%。電池A和B的交流內(nèi)阻以及1C放電容量保持率基本相當。
2.3電池C和D的數(shù)據(jù)分析
電池C的7+2+0.5隔膜代表7μm基膜的一面涂布2μm陶瓷層然后再在同一面涂布1μm的PMMA膠層，該隔膜是采用水溶劑進行涂布的，電池C的45℃下300次循環(huán)后厚度膨脹率9.1%，和電池A的相當。
電池D的0.5+7+2+0.5隔膜代表7μm基膜的一面涂布2μm陶瓷層然后再在隔膜的兩面各涂0.5μm的PMMA膠層，該隔膜是采用水溶劑進行涂布的，電池D的45℃下300次循環(huán)后厚度膨脹率7.5%，和電池B的相當，說明PVDF膠層和PMMA的膠層對膨脹率的作用相當。電池A，B，C和D的交流內(nèi)阻以及1C放電容量保持率基本相當。
和電池C相比，電池D采用水系雙面涂PMMA膠隔膜，提升隔膜膠層和極片之間的黏附力，從而降低電池循環(huán)膨脹率到7.5%。
2.4電池E和F的數(shù)據(jù)分析
電池E的7+2+1隔膜代表7μm基膜的一面涂布2μm陶瓷層然后再在同一面涂布1μm的PVDF膠層，該隔膜是采用NMP溶劑進行涂布的，電池E的45℃下300次循環(huán)后厚度膨脹率7.4%。和電池A和C相比，電池E的45℃下300次循環(huán)后厚度膨脹率顯著下降到7.4%，因為油性NMP溶劑涂膠的隔膜與極片的黏附力大于水系涂膠的隔膜與極片的。
電池F的1+7+2+1隔膜代表7μm基膜的一面涂布2μm陶瓷層然后再在隔膜的兩面各涂1μm的PVDF膠層，該隔膜是采用NMP溶劑進行涂布的，電池F的45℃下300次循環(huán)后厚度膨脹率6.2%。和電池B和D相比，電池F的45℃下300次循環(huán)后厚度膨脹率顯著下降到6.2%，因為油性NMP溶劑涂膠隔膜與極片的黏附力大于水系涂膠隔膜與極片的。
和電池E相比，電池F采用油系雙面涂PVDF膠隔膜，提升隔膜膠層和極片之間的黏附力，從而降低電池循環(huán)膨脹率到6.2%。
從上述分析可以得出，電池F的45℃下300次循環(huán)后厚度膨脹率為6.2%，是六種電池中膨脹率最低的。
3結論
本文通過采用不同種類涂層隔膜，有效改善了鈷酸鋰軟包電池的45℃下300次循環(huán)后厚度膨脹率，其中采用油系雙面涂PVDF膠隔膜的電池膨脹率最低，達到6.2%。
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