高倍率鋰電芯的放電性能

高倍率電池在高倍率放電時，由于極化，電壓急劇下降，需要盡量降低電池電芯的內(nèi)阻。可在電極極片上焊接多只極耳，降低電池的內(nèi)阻，使電流密度增大，電荷傳遞速度加快;但在實際操作過程中，正負極基體易受損，影響大電流放電的效果。

通過改變高倍率電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)來提高電池的高倍率放電性能。電池采用傳統(tǒng)的1只卷芯的電池結(jié)構(gòu)，負極極耳為傳統(tǒng)的鎳極耳;而高倍率電池為了降低內(nèi)阻，采用2只卷芯并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，負極極耳采用導(dǎo)電性更好的鋼帶，以保證電荷的傳遞速度。電池和高倍率電池的內(nèi)阻分別為42.5mΩ和20.2，高倍率電池的內(nèi)阻比2-1電池降低了一半。 兩組電池分別以0.5C恒流充電至4.2V轉(zhuǎn)恒壓充電2h，截止電流為0.02C(雙控制，只要一個達到限制即可，下同);再以15C恒流放電，終止電壓為2.75V。 普通電池由于內(nèi)阻大，電壓在放電瞬間即下降到2.75V以下，基本放不出電;高倍率電池雖然在放電初期電壓下降較快，放電電壓平臺從3.7V下降到3.4V，但放電效果明顯優(yōu)于采用傳統(tǒng)方式制作的電池。采用2只卷芯并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，同時使用導(dǎo)電性更好的銅極耳，可降低電池的內(nèi)阻，提高大電流放電性能。 正極活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的配比的影響電池在大電流放電時性能，內(nèi)阻極化明顯，電壓急劇下降，因此要通過增加導(dǎo)電劑來提高正負極的導(dǎo)電性，以減小極化電壓;同時電池在大電流放電時，會出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，正負極活性物質(zhì)有可能在循環(huán)過程中發(fā)生脫落。為了保證電池的正常工作電壓和理想的循環(huán)壽命，需要合理地搭配活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。本文作者研究了正極活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的配比對電池高倍率放電性能的影響。以15C放電時，兩種電池在放電瞬間都出現(xiàn)了電壓下降，電池活性物質(zhì)搭配適宜，極化程度小于普通電池，放電電壓平臺為3.6V，高于普通電池(3.5V)。這說明高倍率電池的正極活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的配比，對電池的高倍率性能有明顯的影響。 電池極板面密度、壓實密度的影響電池正負極板的面密度、壓實密度對電池充放電性能有很大的影響。極板的面密度、壓實密度過大，雖然有利于提高電池的能量密度，但是電解液很難滲透到極板內(nèi)部，造成電池濃差極化和內(nèi)阻增大，而且過于致密的活性物質(zhì)在循環(huán)過程中，會由于電解液的逐漸滲入，發(fā)生溶脹，導(dǎo)致脫落，造成電池充放電性能的下降;極板的面密度、壓實密度太小，雖然有利于電解液的滲透和減少電極的濃差極化，并提高電池的大電流充放電性能，但電池的能量密度偏低。需要合理地設(shè)計極板的面密度、壓實密度，在保證大電流放電性能的前提下，最大限度地提高電池的能量密度。 電池的循環(huán)性能 高倍率電池在循環(huán)過程中，容量有回升的現(xiàn)象，但總體來說，容量下降平穩(wěn)。電池循環(huán)220次，容量衰減到額定容量的87%，能滿足航模等高倍率放電環(huán)境的需要。 通過改變電池卷芯的結(jié)構(gòu)，從內(nèi)部降低了電池的內(nèi)阻，使電池能夠以15C的大電流放電。在此基礎(chǔ)上，通過調(diào)整活性物質(zhì)與導(dǎo)電劑的配比，改善了放電平臺;通過調(diào)整極板的面密度和壓實密度，提高了大電流放電性能。電池循環(huán)(0.5C恒流充電至4.2V轉(zhuǎn)恒壓充電2h，截止電流為0.02C;擱置30min;15C放電，終止電壓2.75V)220次，容量衰減到額定容量的87%。