动力型18650锂离子电池的过充电性能Word下载.docx

1、 （ ， ， ； ， ） ， ， ： ， 。 ； ： ： ； 锂 离 子 电池 在 过 充 条 件 下 的安 全 性 是 一 大 问题 。锂 离 子 电池 过 充 时 。 电池 电压 随极 化 增 大 而 迅 速上 升 ， 引 起 正 极 活 会 （ ） 适当 比例 混匀 。 按 搅拌 成浆料 均匀地 涂在铝 箔上 ； 负 极 材 料 选 用 人 造 石 墨 中 问 相 碳 微 球 （ ） 粘 结 剂 、 电 与 导 性物质结构 的不 可逆变化及 电解液 的分解 ， 生大量气体 ， 产 放 出大量 的热 ， 电池温度 和内压 急剧增加 ， 在爆 炸 、 烧等 使 存 燃 隐患 。 剂 、 甲基

2、吡咯烷酮 （ ） 按适 当比例混匀 ， 拌成浆料 均 搅 匀 地 涂 在 铜 箔 上 。 别选 用 不 同型 号 的 电解 液 ， 涂 覆 好 的 正 分 将 负极片分别 碾压切 片与 隔膜通过卷 绕 、 壳 、 装 焊 接、 干燥 、 注液 、 口、 封 化成 等工艺制成动力 型 锂离子 电 池。 动力 型锂离子 电池 ， 通常是 多支 串 、 联使 用 ， 并 电池 的总 能量较大 ，在充 电过 程中存在单支 电池过 充或 因充 电器故 障 导致整组过充 的隐患 ， 其安全性 能更 被人 们所注意 。 为防止过 充电通常采用专用 的充 电电路 、 防爆 组合盖帽 、 正温度 系数 电 阻器

3、 （ 、 ） 专用 隔膜 、 添加 添加剂 和选用 安全 的 电池 正极 材 料 等 措 施 ，提 高 电池 的 过充 电 安 全 性 能 。本 文 通 过 相 关 实 验 ， 动 力 型 锂 离 子 电 池 的 防 过 充 电性 能进 行 了研 究 。 对 实 验 方法 化 成 后 实 验 电 池 容 量 在 左 右 ，在 充 放 电 条件 下 循 环 两 次 后 ， 电池 外 壳 接 热 电偶 放 人 防爆 测 试 箱 中 ， 用 广 州 擎 天 二 次 电 池 性 能 检 测 装 置 ，设 置 电流 充 电 至 转 恒 压 充 电 ， 录 电 池 电压 及 电 池 表 面温 度 随 时

4、记 间的变化 ， 时记 录电池是 否发生爆 炸 、 火及 发生爆炸 、 同 起 起 火 的时间。 实验 电池 的制 备 分别选用不 同生产厂家 的钻酸锂 、 锰酸锂 、 三元材料 等活 性材 料作 为正极材 料 ， 粘结 剂 、 电剂 、 与 导 甲基 吡 咯烷 酮 收稿 日期 ： 作者简 介： 唐琛明（ ） 江苏省人， 一 ， 男， 高级 工程师 ， 主要研 究方 向 为 电池 及 其 材 料 。 （ ） ： ， ， 结 果 与 讨 论 不 同正极 材 料 的过 充性 能 钻 酸 锂 对 正 极 材 料 为 钴 酸 锂 的 电 池 进 行 过 充 性 能 实 验 ，分 别 用 耐过充 、 耐

5、高温 、 电流 、 酸锂专用 、 大 锰 三元材料 专用耐 过充 、 三元 材料 专用 大 电流 等不 同功 能的 电解液 制备 的 系列 样 濠 技 品 电 池 ， 号 为 、 号 。 样 品 电池 进 行 编 、 、 、 、 对 过 充 试 其反应 ， 以也发生起火 、 所 爆炸等现 象。不同的样 品电池 温度 上升速度有所不 同 ， 内部连接 点拉开后 即起火爆 炸 。虽然 ， 使 用耐过充性能 的功能电解液可 以提 高电池起火爆炸 时的最高 电压 ， 改善 其耐过 充性能 ， 但不 能解决 过充 电的安全 隐 患问题 。 三 元 材 料 验， 观察 电池 的电压 、 温度变化及 实验整

6、个过程现象 。 果 ， 结 所 有 样 品 电 池 在 过 充 过 程 中全 部 发 生 爆 炸 、 火 现 象 。 起 电压 及 温 度 变 化见 图 图 、 。 用 公司 、 公司三元材料作 为正极 材料 ， 分别用不 同的 电解液制备 系列样 品 电池 。正极 材料采用 公 司的 ， 电解 液 采用耐过 充 、大 电流 电解液的样 品 ，电池分 别编号为 、 号； 正极材料采用 公 司的 ， 电解液分 别采用 耐过充 、 电流 大 电解液的样品 ， 电池分别编号为 号。 、 对样品 电池进行过充 电测试 。过充实验 时的电压及 温度 变化见图 图 、 。 图 钴酸 锂 材 料 不 同电

7、解 液 过 充 电压 变 化 曲线 ） 一 一 ? 一 图 三 元 材料 不 同 电解 液 过 充 电 压 变 化 曲线 图 钴酸锂材料不同电解液 过充温度变化 曲线 从上面 的测 试结果可 以看 出 ，钴 酸锂 的耐 过充 性 能全 部不合格 。不 同功能 的电解 液对电池 的过 充性能有所 影 响， 使用耐过充 功能电解液的样品 电池过充 电压最 高 ， 而使 用 大电流电解液的样品 电池过充 电压最低 。观察 电池在爆炸 前 的现象可 以看到 ， 当过充 电压上升到一定程 度后 ， 电池 帽的保 护功 能开始作用 ， 盖帽与电极之 间连接 点断开 ， 电被迫终 使 充 止， 电池两端 电

8、压较快 降至零 。 这时电池 内部 已达 到较高 的 但 温度 ， 生 了热 失 控 。 长 时 间 后 ， 帽 上 的 防 爆 膜 爆 开 。 细 发 不 盖 仔 图 三元材料不 同电解液过充温度变化曲线 从 实 验 结 果 看 出 ， 同 的 电解 液 对 正 极 采 用 三 元 材 料 的 不 样品 电池过充性 能影响很大 ， 采用大 电流功能电解液 ， 当过充 时 ，电池 的电压 与温度变化 曲线与 采用钴酸锂 为正极 材料的 电池基本相 似 ， 也发 生起 火 、 爆炸 。采 用耐过充 电液的样品 电 池， 在过充时 电池外壳 的表面温度基本没 有明显的上升 ， 电池 分析 号样 品

9、电池的过充 电电压温度 曲线 ， 、 当充 电超 过 ， 后 电压上升速度 明显加快 ， 同时 电池 壳外表温度 也开 始 急剧上升 。虽然电压上升到一定值后 出现一拐点 ， 有所 下降 ， 但温度依 然上 升。这时 ， 电池 内部 已经有短路 发生 ， 消耗 的电 能 已大于充人 的电能 ， 以电压两端电压 已开始下降 ， 所 当电池 内部进一步恶 化时 ， 内压上 升至防爆 膜破裂 。 由于钴酸锂材料 富含锂 ， 过充时 ： 的反应 为： 一 （ ） 的两端 电压可 以上升到 以上 。 电压升到一定值后 ， 但 电压 很快急速下降 。 际是 因为电池帽的保护功能开始作用 ， 实 使盖 帽与

10、 电极之 间连接 点断开 ， 电被迫终止 。 充 这时由于充电 已经 终止 ， 有新 的能 量进入 ， 没 而电池 内部 温度较低 ， 没有微短 路 等 自放 电现象发 生 ， 电池 内部 的压力不足 以使 防爆 膜破裂 ， 电 池没有发生起火 、 炸 。 爆 是一种 极不稳 定的物 质 ， 易分解 放 出氧 气 ， 电解液 容 且 中存在大量游离 的金属锂及可燃有机物 并随爆破 时的气流 冲 出， 发生起 火 、 爆炸 。尽管耐 过充 电解液 中含有 抑制 分 解 的添加 剂 ， 但钻 酸锂过充 时 含量较 高 ， 能完全 抑制 不 三 元材料 中镍 、钻 含 量 比钴酸 锂低 ，虽然 在过

11、 充时 有 、 等 不稳定物质 的生成 ， 由于其 量 比钴 酸锂 少 ， 但 当 有添加剂的 电解 液抑 制了 、 的分解反应时 ，充 电停 止后， 电池 内部温度 、 压力 就不 再上 升 ， 电池不 发 生起 火 、 爆 炸。 锰 酸 锂 加剂 ， 可以提高 电池 的过 充电压。 耐过充功能 电解液制作 正 用 极 为 钴 酸 锂 的 系 列 样 品 电池 ，测 试 得 过 充 电 时 的 最 高 电压 在 之间 ， 与用其他 电解液制成 的电池 比， 耐过充 电 性 能 有所 改善 ， 不 能通过 （ 耐过 充 电时不 起 但 或 ） 火、 不爆 炸的要求 。 我们 用耐过充功 能电解

12、 液制作正极 为三元 材料 的 系列 样 品 电池 ，测 试得 到 过 充 电时 的最 高 电压 在 之 间。与用其他 电解液制成 的电池 比， 过充 电时最 高 电 压 有 所 提 高 ， 而且 在 过 充 电测 试 过 程 中 电池 没 有 发 生 起 用 公 司 、 公司 、 公 司提 供 的锰酸锂 作为 正极材 料 ， 采 用锰 酸锂 专用 电解 液制备成 系列样 品电池 ， 分别编 号为 号 。对样 品 电池进行 、 过 充性能实 验 ， 实验结 果全 部合格 ， 电压及温 度变化见 图 图 、 。 火 、 炸现象 ， 爆 这与 电解 液使用 的添加剂 等有关 究 中发 。研 现，

13、使用 耐过充电解液 ， 对电池 的其他性 能有影响。 大 电流 电 解 液 用大 电流 电解液做 同样 实验 ， 电池 的高倍 率放 电性 能 比 耐过 充电解液优越 ， 但进行耐过充 电性 能测试 时 ， 所有 样品 电 池全部起 火 、 炸。 其 他 功 能 性 电解 液 圈 用耐 高温 、 酸锂专 用系列 、 锰 三元材料专 用系列等 功能性 图 锰 酸 锂 过 充 电压 曲线 电解液 ， 用不 同的正极 材料制成样 品电池进 行试验 ， 没有发 现 能与耐过充性 能兼 顾的功能性 电解液 ，在进行 过充 电时 除锰 酸锂外 电池都起 火 ， 炸。 ， 防 爆组 合 盖帽 结构 对 过

14、充性 能 的影 响 锂离子二次 电池 的盖帽与镉镍 、 氢镍 电池有所不 同 ， 是个 ， 组 合件 （ 图 ， 见 ）主要 由上盖帽 、 过流保 护片 、 防爆 半球 面 铝 膜 、 底 板 组 成 。 下底 板 与 电池 正 极 耳 焊 接 连 接 ， 正 极 下 是 片与外部连接 的过渡 ， 与防爆半球面铝膜点焊连接 。 防爆半球 面铝膜有两大功能 ， 一是 当电池内压增大到 一定值后 ， 向内凹 曲面受力后变成 向外 凸出 ，使 防爆 半球面铝膜 与极耳 的焊 接 图 锰 酸 锂 过 充 电池 表 面 温 度 曲 线 点 拉裂断开 ， 电池 与外界形成 开路 ， 电池盖 帽的过充保护功

15、 能 开始 作用 ；二是 电池 内压增 大超过 防爆 铝膜刻痕处 受力极 限 时， 防爆铝膜 破裂 ， 电池 开启 ， 电池内压力从破裂处泄 出。 系列 的电池 ， 在过充 中电池外壳温度上 升较 慢 ， 合盖 组 帽拉开后 ， 温度一般 不再上 升 ， 而且 即使盖 帽防爆膜爆 开 ， 由 于锰酸锂材料含锂低 ， 且过充 时 的反应是 ： ： （ ） 图 组 合盖 帽 示意 图 脱去 后 的产 物是 ， ：性质 比较稳定 ， 不会发 也 生起 火 及 爆 燃 现 象 。 对 系列样 品电池 ， 进行最 高电压 耐过 充 电性 能试 验， 电池 未 发 生 起 火 及 爆 燃 现 象 。在 三

16、 类 正 极 材 料 中 ， 酸 锰 锂 的 耐过 充性 能 最 好 。 显 然 ， 充 电 时 ， 池 的 内 压 升 高 有 了速 度 问 题 ， 不 仅 过 电 这 与 电池 所 用 材 料 和 电 池 结 构 设 计 有关 系 ，还 与 过 充 电时 的 电 不 同 电解 液 的过 充性 能 流大小有关 。而 防爆 半球面铝膜焊 接点的拉裂 断开与焊接点 面积大小 和半球 面开始变形力 的大小有关 。在动力 型电池设 计 中，为 了降低 电池欧姆 电阻 ，确保在大 电流下连接件不 发 热 ，必须保证盖 帽上的防爆半球 面铝膜与下底 板的焊接点 有 足够的面积 ，这样 就不利于过充 电时尽早 断开起 到安全保 护 般锂离 子电池功能性 电解液 是指耐过充 、 高温 、 耐 高倍 率 （ 电流 ） ， 大 等 而且对正极材料 、 负极材 料都有不 同要求 。 目 前市场上功能性 电解液的型号很多 ， 市场份额越 来越大 。 我们 用 国内某公 司制 备 的钴 酸锂 系列耐过 充 、 电流 、 大 耐高温 、 锰 酸锂系列 、 三元材料专用 耐过 充 、 三元材 料专用 耐高温 等各 种 功能性 电解液 ， 制备各系列样 品电池进行各种 测试 ， 本文重 点 汇总耐过充试验结果 。 耐 过 充 电解 液