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【軟件】
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2013-1-8 12:00:45 |
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1.2 主要測試儀器
采用BS-9088K-3A鋰離子電池自動檢測裝置(廣州產(chǎn))對電池進行化成和分容；采用BK-7024L/60可充電電池檢測設(shè)備(廣州產(chǎn))對電池進行倍率放電性能的檢測；采用熱電偶檢測倍率放電時的電池表面溫度。
通過對電池ND-1與ND-3倍率放電曲線的比較可見，10mm寬的極耳在40A放電時，極耳附近區(qū)域的電化學(xué)極化較大，從而影響了電池的倍率放電性能，這說明采用較寬尺寸的極耳有利于改善電池的倍率放電性能。通過對比圖1中ND-1 與ND-2倍率放電曲線可見，相同尺寸不同材質(zhì)的極耳同樣會對電池的倍率放電性能有很大影響，負極耳采用銅鍍鎳材料的電池有較好的倍率放電性能。
2.2極耳引出方式對電池倍率放電性能的影響
在高倍率放電條件下，不同的電池結(jié)構(gòu)，極耳的設(shè)計方法也不同。卷繞結(jié)構(gòu)的鋰離子電池可在電極極片上多焊接幾個極耳，這樣在高倍率放電初期，電池內(nèi)部就會有多個區(qū)域內(nèi)阻較小，電流密度較大，反應(yīng)速度較快，從而緩解單極耳情況下的劇烈反應(yīng)。而疊片結(jié)構(gòu)的鋰離子電池可在電極極片反向各設(shè)計一個極耳，疊片時極耳從電池反向引出，每側(cè)各有一個正極耳和一個負極耳，然后再將正極極耳之間電連接，負極極耳之間電連接，從而達到大電流放電時，電流分布均勻的目的[6]。
對于固定型號尺寸的卷繞結(jié)構(gòu)鋰離子電池，采用多極耳會降低電池的額定容量，而且極耳數(shù)量增加的話，會增加鋁塑膜的熱封難度，鋁塑膜與極耳之間容易出現(xiàn)預(yù)封不良現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電池產(chǎn)生短路、脹氣和漏液的隱患。對于疊片結(jié)構(gòu)鋰離子電池，極耳也只能從反向再引出一對，它同樣也存在鋁塑膜熱封困難的問題[7]。在電池極耳設(shè)計時，一般采用一正一負的極耳設(shè)計方法，然而對于長寬比例大的電池型號，如果采用同側(cè)出極耳的方式，極耳的寬度尺寸將會受到很大的限制，從而不能滿足電池最大放電電流的要求，此時極耳的引出方式，可采用正、負極耳反向引出。
通過改變正、負極極耳的引出方式來研究電池20C倍率放電性能。將ND-1和ND-4電池20C倍率恒流放電至2.75V，得到電池20C倍率放電曲線圖3。
極耳對鋰離子電池倍率性能的影響
2.3銅鍍鎳負極耳對電池倍率放電性能的影響
目前大部分研究者通過對電極設(shè)計、正負極材料的選擇、正負極和電解液配方的優(yōu)化來提高電池的倍率放電性能。程建聰?shù)热藢Ω鞣N影響電池倍率性能的因素進行了優(yōu)化組合，制成了額定容量為1100mAh的電池，該電池在20C倍率放電時，電池表面最高溫度為75℃，而23 C倍率放電時，電池表面最高溫度為83℃[8]。這說明采用以上改善措施雖然能夠提高電池的倍率放電性能，但是不能解決電池發(fā)熱嚴(yán)重的問題，所以要提高電池的散熱速率，還需要從電池設(shè)計方面進行研究。
由圖4可見，電池在20C、25C和30C倍率放電時，電池表面最高溫度依次為61℃、67℃和75℃。而電池外表面的溫度變化是由電池內(nèi)部的發(fā)熱狀況引起的，負極采用銅鍍鎳極耳能有效提高電池的散熱速率，從而緩解電池表面的發(fā)熱嚴(yán)重現(xiàn)象。
由圖5可見，隨著放電倍率的提高，電池的放電平臺逐漸降低，但是倍率放電容量減少幅度較小，而且在30C倍率放電時電池也沒有出現(xiàn)脹氣現(xiàn)象，這說明電池具有良好的倍率放電性能。分析認為在高倍率放電時，采用銅鍍鎳負極耳，能夠有效提高電池的散熱速率，從而改善電池的倍率放電性能。另外，隨著放電倍率的提高，鋰離子在電解液中的傳導(dǎo)速率和在極片中的擴散速率也會增加，從而電池的高倍率放電性能也會提高。
圖6是ND-1電池20C和25C倍率放電的循環(huán)壽命圖，其充放電制度為：1C恒流充電至4.2V，恒壓充電至電流小于等于0.05C，然后恒流20C和25C倍率放電至2.75V。
由圖6可見，隨著放電倍率的提高，電池的容量衰減率增加。ND-1電池20C倍率循環(huán)300周，容量保持率為80%，25C倍率循環(huán)200周，容量保持率為78%。該電池具有良好的高倍率循環(huán)性能，能夠滿足高倍率放電環(huán)境的需要。
本文通過一系列實驗研究，結(jié)果表明改變電池內(nèi)部的極耳設(shè)計能夠有效改善鋰離子電池的高倍率放電性能。負極采用銅鍍鎳極耳，在高倍率放電過程中，能有效降低電池的極化，改善電池的倍率放電性能，降低電池表面的溫度，從而進一步改善電池的倍率循環(huán)壽命。
參考文獻：
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