分析影响锂离子电池循环性能的因素
分析影响锂离子电池循环性能的因素材料种类
材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素。选择了循环性能较差的材料，工艺再合理、制成再完善，电芯的循环也必然无法保证；选择了较好的材料，即使后续制成有些许问题，循环性能也可能不会差的过于离谱（一次钴酸锂克发挥仅为135.5mAh/g左右且析锂的电芯，1C虽然百余次跳水但是0.5C、500次90%以上；一次电芯拆开后负极有黑色石墨颗粒的电芯，循环性能正常）。从材料角度来看，一个全电池的循环性能，是由正极与电解液匹配后的循环性能、负极与电解液匹配后的循环性能这两者中，较差的一者来决定的。材料的循环性能较差，一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂，一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。在电芯设计时，若一极确认选用循环性能较差的材料，则另一极无需选择循环性能较好的材料，浪费。
正负极压实
正负极压实过高，虽然可以提高电芯的能量密度，但是也会一定程度上降低材料的循环性能。从理论来分析，压实
锂电池循环充放电寿命问题
锂电池循环充放电寿命问题 锂电池寿命问题：循环充放电一次就是少一次寿命吗?回答这个问题前，我们先来说说锂电池循环寿命的测试条件。 循环就是使用，我们是在使用电池，关心的是使用的时间，为了衡量充电电池到底可以使用多长时间这样一个性能，就规定了循环次数的定义。实际的用户使用千变万化，因为条件不同的试验是没有可比性的，要有比较就必须规范循环寿命的定义。 锂电池充电器 1国标规定的锂电池循环寿命测试条件及要求:在环境温度20℃±5℃的条件下，以1C充电，当电池端电压达到充电限制电压4.2V时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于1/20C，停止充电，搁置0.5h~1h，然后以1C电流放电至终止电压2.75V，放电结束后，搁置0.5h~1h，再进行下一个充放电循环，直至连续两次放电时间小于36min，则认为寿命终止，循环次数必须大于300次。 2国标规定的解释: A.这个定义规定了循环寿命的测试是以深充深放方式进行的 B.规定了锂电池的循环寿命按照这个模式，经过≥300次循环后容量仍然有60%以上 然而，不同的循环制度得到的循环次数是截然不同的，比如以上其它的条件不变,仅仅把4.2V的恒压电压改为4.1V的恒压电压对同一个型号的电池进行循环寿命测试，这样这个电池就已经不是深充方式了，最后测试得到循环寿命次数可以提高近60%。那么如果把截止电压提高到3.9V进行测试，其循环次数应该可以增加数倍。3这个关于循环充放电一次就少一次寿命的说法，我们要注意的是，锂电池的充电周期的定义：
一个充电周期指的是锂电池的所有电量由满用到空，再由空充电到满的过程。而这并不等同于充电一次。另外大家在谈论循环次数的时候不能忽视循环的条件，抛开规则谈论循环次数是没有任何意义的，因为循环次数是检测电池寿命的手段，而不是目的!4▲误区:许多人喜欢把手机锂离子电池用到自动关机再充电，这个完全没有必要。 实际上，用户不可能按照国标测试模式对电池进行使用，没有一个手机会在2.75V 才关机，而其放电模式也不是大电流恒流放电，而是GSM的脉冲放电和平时的小电流放电混合的方式。 有另外一种关于循环寿命的衡量方法，就是时间。有专家提出一般民用的锂离子电池的寿命是2~3年，结合实际的情况，比如以60%的容量为寿命的终止，加上锂离子电池的时效作用，用时间来表述循环寿命我认为更为合理。 注意事项 对于锂离子电池，没有必要用到关机再充电，锂离子电池本来就适合用随时充电的方式进行使用，这也是他针对镍氢电池的最大优势之一，请大家善加利用这个特性。锂电池完全充放电一次(完全充放电并不等同于一次充放电)，循环寿命才减少一次。 电池保养常识： 1 记忆效应镍氢充电电池上常见的现象。具体表现就是：如果长期不充满电就开始使用电池的话，电池的电量就会明显下降，就算以后想充满也充不满了。所以保养镍氢电池的重要方式就是：电必须用完了才能开始充电，充满了电了才允许投入使用。现在常用的锂电池的记忆效应是可以小到忽略不计的。2 完全充电，完全放电
影响锂离子电池循环性能的几个因素
循环性能对锂离子电池的重要程度无需赘言；另外就宏观来讲，更长的循环寿命意味着更少的资源消耗。因而，影响锂离子电池循环性能的因素，是每一个与锂电行业相关的人员都不得不考虑的问题。以下文武列举几个可能影响到电池循环性能因素，供大家参考。 材料种类：材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素。选择了循环性能较差的材料，工艺再合理、制成再完善，电芯的循环也必然无法保证；选择了较好的材料，即使后续制成有些许问题，循环性能也可能不会差的过于离谱（一次钴酸锂克发挥仅为135.5mAh/g 左右且析锂的电芯，1C虽然百余次跳水但是0.5C、500次90%以上；一次电芯拆开后负极有黑色石墨颗粒的电芯，循环性能正常）。从材料角度来看，一个全电池的循环性能，是由正极与电解液匹配后的循环性能、负极与电解液匹配后的循环性能这两者中，较差的一者来决定的。材料的循环性能较差，一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂，一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。在电芯设计时，若一极确认选用循环性能较差的材料，则另一极无需选择循环性能较好的材料，浪费。 正负极压实：正负极压实过高，虽然可以提高电芯的能量密度，但是也会一定程度上降低材料的循环性能。从理论来分析，压实越大，相当于对材料的结构破坏越大，而材料的结构是保证锂离子电池可以循环使用的基础；此外，正负极压实较高的电芯难以保证较高的保液量，而保液量是电芯完成正常循环或更多次的循环的基础。 水分：过多的水分会与正负极活性物质发生副反应、破坏其结构进而影响循环，同时水分过多也不利于SEI膜的形成。但在痕量的水分难以除去的同时，痕量的水也可以一定程度上保证电芯的性能。可惜文武对这个方面的切身经验几乎为零，说不出太多的东西。大家有兴趣可以搜一搜论坛里面关于这个话题的资料，还是不少的。 涂布膜密度：单一变量的考虑膜密度对循环的影响几乎是一个不可能的任务。膜密度不一致要么带来容量的差异、要么是电芯卷绕或叠片层数的差异。对同型号同容量同材料的电芯而言，降低膜密度相当于增加一层或多层卷绕或叠片层数，对应增加的隔膜可以吸收更多的电解液以保证循环。考虑到更薄的膜密度可以增加电芯的倍率性能、极片及裸电芯的烘烤除水也会容易些，当然太薄的膜密度涂布时的误差可能更难控制，活性物质中的大颗粒也可能会对涂布、滚压造成负面影响，更多的层数意味着更多的箔材和隔膜，进而意味着更高的成本和更低的能量密度。所以，评估时也需要均衡考量。 负极过量：负极过量的原因除了需要考虑首次不可逆容量的影响和涂布膜密度偏差之外，对循环性能的影响也是一个考量。对于钴酸锂加石墨体系而言，负极石墨成为循环过程中的“短板”一方较为常见。若负极过量不充足，电芯可能在循环前并不析锂，但是循环几百次后正极结构变化甚微但是负极结构被破坏严重而无法完全接收正极提供的锂离子从而析锂，造成容量过早下降。 电解液量：电解液量不足对循环产生影响主要有三个原因，一是注液量不足，二是虽然注液量充足但是老化时间不够或者正负极由于压实过高等原因造成的浸液不充分，三是随着循环电芯内部电解液被消耗完毕。注液量不足和保液量不足文武之前写过《电解液缺失对电芯性能的影响》因而不再赘述。对第三点，正负极特别是负极与电解液的匹配性的微观表现为致密且稳定的SEI的形成，而右眼可见的表现，既为循环过程中电解液的消耗速度。不完整的SEI膜一方面无法有效阻止负极与电解液发生副反应从而消耗电解液，一方面在SEI 膜有缺陷的部位会随着循环的进行而重新生成SEI膜从而消耗可逆锂源和电解液。不论是对循环成百甚至上千次的电芯还是对于几十次既跳水的电芯，若循环前电解液充足而循环后电解液已经消耗完毕，则增加电解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循环性能。 测试的客观条件：测试过程中的充放电倍率、截止电压、充电截止电流、测试中的过充过放、测试房温度、测试过程中的突然中断、测试点与电芯的接触内阻等外界因素，都会
混合动力汽车用锂离子电池的研究
作者简介: 余章华(1968-),男,湖北人,武汉大学化学与分子科学学院博士生,研究方向:电化学; 汪 莉(1978-),女,湖北人,武汉力兴电源股份有限公司工程师,研究方向:化学电源; 周运鸿(1940-),男,湖北人,武汉大学化学与分子科学学院教授,博士生导师,研究方向:电化学。?科研论文? 混合动力汽车用锂离子电池的研究 余章华1,2,汪 莉2,周运鸿1 (11武汉大学化学与分子科学学院,湖北武汉 430072; 21武汉力兴电源股份有限公司,湖北武汉 430074) 摘要:混合动力汽车电池主要特点之一是能以15C 以上的大电流放电。用扣式电池测试极片厚度、材料粒度和导电剂含量对电池放电倍率的影响;运用优化的实验参数,做成8Ah 动力电池,并测试电池性能;对8Ah 电池的功率特性进行了讨论。关键词:锂离子电池; 混合动力汽车; 高倍率 中图分类号:TM91219 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2005)04-0248-02 Study on Li 2ion battery for HEV YU Zhang 2hua 1,2,WAN G Li 2,ZHOU Yun 2hong 1 (11College of Chemist ry and Molecular Sciences ,W uhan U niversity ,W uhan ,Hubei 430072,China ; 21W uhan L ixing Power Sources Co 1,L td 1,W uhan ,Hubei 430074,China ) Abstract :HEV battery should be discharged at above 15C high current 1The effects of the thickness of the electrode ,the parti 2 cle sizes of the materials and the amount of the conductive carbon on the dischar ge rate were studied with the coin cell 1The 8Ah power battery was manufactured with optimized experimental parameters 1The performance of the battery was tested 1The power characteristic of the 8Ah power battery was discussed 1 K ey w ords :Li 2ion battery ; hybrid electric vehicles (HEV ); high rate 混合动力汽车主要动力源是内燃机,在启动加速和爬坡时用电池辅助,减速时通过电池回收能量,从而可以使内燃机始终在其最佳负载下工作,因此可以提高燃油的燃烧效率,同时降低油耗和减少污染气体的排放。这样,对电池的容量要求大幅度降低,但功率要求却相应提高[1]。 一般锂离子电池的最大放电倍率为3～5C ,而目前要将放电倍率提高到15C 以上,难免会有发热的问题。为了研究方便,本文作者首先采用扣式电池来研究配方和工艺对大幅减少电池发热的影响,待各方面条件优化后,再测试8Ah 电池。 1 实验 将LiCoO 2、碳黑、PVDF 按质量比93∶3∶4均匀混合,根据不同的涂覆量涂在厚度为0102mm 的铝箔上,正、反面涂覆厚度相同。将负极材料石墨、SBR (丁苯橡胶)、CMC 按质量比95∶3∶ 2混合均匀,涂覆在厚度为0102mm 的铜箔上,正、反面涂覆厚 度相同。将涂好的正、负极片放在真空干燥箱内120℃干燥8 h 。将正、负极片以卷绕方式组装成L IR2430扣式电池,注液后 封口。单体8Ah 电池壳为方形不锈钢,正、负极片按叠片方式装配。采用程控测试仪(武汉产)进行测试,环境温度为20～25℃。2 结果与讨论 211 极片厚度、导电剂和粒径的影响 将用不同厚度的极片做成的扣式电池,用20C 电流进行放电,放电曲线如图1a 。由图1a 看出:以20C 放电时,正极厚度为0106mm 的电池可放出额定容量(25mAh )的76%;正极厚度为0112mm 的电池可放出额定容量的6%;而正极厚度为0116mm 的电池基本放不出电。由此可知:极片的厚度对电池在大倍率放电时的容量有很大影响。减小极片厚度,可改善电池高倍率放电的性能。 在正极中加入不同量的导电剂(石墨)后,做成电池进行放电,放电曲线如图1b 。由此可知:在正极粉中加大导电剂的量,对大电流放电影响不大。 用不同粒径的正极材料按相同的配方和极片厚度做成扣式电池,进行放电,其放电曲线如图1c 。由图1c 可以看出:正极材料LiCoO 2的粒径为11μm 和6μm 时,电池放电容量基本相同。6μm 的放电平台稍高。212 8Ah 电池的性能 选择粒径为6μm 的LiCoO 2,导电剂含量为3%,做成厚度为0106mm 的正极片;负极采用人造石墨,电极厚度也为0106mm ,用叠片方法做成8Ah 的电池;分别用715C 和15C 倍率放电,放电结果如图2a 。电池表面温度变化如图2b 。 第35卷 第4期2005年 8月电 池 BA TTER Y BIMON THL Y Vol 135,No 14 Aug 1,2005
电池循环性能影响
电池循环影响循环性能对锂离子电池的重要程度无需赘言；另外就宏观来讲，更长的循环寿命意味着更少的资源消耗。因而，影响锂离子电池循环性能的因素，是每一个与锂电行业相关的人员都不得不考虑的问题。以下文武列举几个可能影响到电池循环性能因素，供大家参考。 材料种类：材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素。选择了循环性能较差的材料，工艺再合理、制成再完善，电芯的循环也必然无法保证；选择了较好的材料，即使后续制成有些许问题，循环性能也可能不会差的过于离谱（一次钴酸锂克发挥仅为135.5mAh/g 左右且析锂的电芯，1C虽然百余次跳水但是0.5C、500次90%以上；一次电芯拆开后负极有黑色石墨颗粒的电芯，循环性能正常）。从材料角度来看，一个全电池的循环性能，是由正极与电解液匹配后的循环性能、负极与电解液匹配后的循环性能这两者中，较差的一者来决定的。材料的循环性能较差，一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂，一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。在电芯设计时，若一极确认选用循环性能较差的材料，则另一极无需选择循环性能较好的材料，浪费。 正负极压实：正负极压实过高，虽然可以提高电芯的能量密度，但是也会一定程度上降低材料的循环性能。从理论来分析，压实越大，相当于对材料的结构破坏越大，而材料的结构是保证锂离子电池可以循环使用的基础；此外，正负极压实较高的电芯难以保证较高的保液量，而保液量是电芯完成正常循环或更多次的循环的基础。 水分：过多的水分会与正负极活性物质发生副反应、破坏其结构进而影响循环，同时水分过多也不利于SEI膜的形成。但在痕量的水分难以除去的同时，痕量的水也可以一定程度上保证电芯的性能。可惜文武对这个方面的切身经验几乎为零，说不出太多的东西。大家有兴趣可以搜一搜论坛里面关于这个话题的资料，还是不少的。 涂布膜密度：单一变量的考虑膜密度对循环的影响几乎是一个不可能的任务。膜密度不一致要么带来容量的差异、要么是电芯卷绕或叠片层数的差异。对同型号同容量同材料的电芯而言，降低膜密度相当于增加一层或多层卷绕或叠片层数，对应增加的隔膜可以吸收更多的电解液以保证循环。考虑到更薄的膜密度可以增加电芯的倍率性能、极片及裸电芯的烘烤除水也会容易些，当然太薄的膜密度涂布时的误差可能更难控制，活性物质中的大颗粒也可能会对涂布、滚压造成负面影响，更多的层数意味着更多的箔材和隔膜，进而意味着更高的成本和更低的能量密度。所以，评估时也需要均衡考量。 负极过量：负极过量的原因除了需要考虑首次不可逆容量的影响和涂布膜密度偏差之外，对循环性能的影响也是一个考量。对于钴酸锂加石墨体系而言，负极石墨成为循环过程中的“短板”一方较为常见。若负极过量不充足，电芯可能在循环前并不析锂，但是循环几百次后正极结构变化甚微但是负极结构被破坏严重而无法完全接收正极提供的锂离子从而析锂，造成容量过早下降。 电解液量：电解液量不足对循环产生影响主要有三个原因，一是注液量不足，二是虽然注液量充足但是老化时间不够或者正负极由于压实过高等原因造成的浸液不充分，三是随着循环电芯内部电解液被消耗完毕。注液量不足和保液量不足文武之前写过《电解液缺失对电芯性能的影响》因而不再赘述。对第三点，正负极特别是负极与电解液的匹配性的微观表现为致密且稳定的SEI的形成，而右眼可见的表现，既为循环过程中电解液的消耗速度。不完整的SEI膜一方面无法有效阻止负极与电解液发生副反应从而消耗电解液，一方面在SEI 膜有缺陷的部位会随着循环的进行而重新生成SEI膜从而消耗可逆锂源和电解液。不论是对循环成百甚至上千次的电芯还是对于几十次既跳水的电芯，若循环前电解液充足而循环后电解液已经消耗完毕，则增加电解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循环性能。
锂离子电池研究进展
华东理工大学2013—2014学年第1学期 《新能源与新材料》课程论文 2013.11 班级___复材101__ 学号__10103638__ 姓名____温乐斐_____ 开课学院材料学院任课教师张衍成绩__________
锂离子电池研究进展 温乐斐 （华东理工大学） 摘要 二次锂电池的优点是高体积、高质量比容量、长循环寿命、低放电速率，是环保型电源的理想备选之一。本文简单介绍了锂离子电池的正极材料、负极材料及电解质的种类和发展概况，并对当今锂离子电池发展所面临的问题和发展前景进行阐述。最后说明了一下其发展前途和产业化趋势。 关键词：锂电池；正极材料；负极材料；电解质；发展进程 The Research and Development of Rechargeable Lithium-ion Battery Wen Lefei (East China University of Science and Technology) Abstract The rechargeable lithium-ion battery has been extensively used in mobile communication and portable instruments due to many advantages, such as high volumetric and gravimetric energy density, long cycle life, and low self-discharge rate. In addition, it is one of the promising alternatives as the power sources. The development of researches on materials of lithium-ion battery for cathode, abode and electrolyte are introduced in this paper, at the same time lithium-ion existing problems is battery and prospects are also outlined. At last, the strategic position and some future investigating trends are also presented. Key words: Li-ion battery; cathode materials; anode materials; electrode materials; research and development; progress
锂离子电池循环寿命影响因素分析
锂离子电池循环寿命影响因素分析 摘要：随着电子科学技术的不断发展，越来越多的电子产品使用锂离子电池作 为能量的供给，但是锂离子电池目前在使用上还存在许多问题，其中锂离子电池 的循环寿命就对整个电子产品的使用有关键的影响作用.当电池的寿命较低时，电子产品的使用寿命也会受到影响，即使及时更换新的电池也不能达到原来电池的 高匹配程度，所以有必要对锂离子电池循环寿命的影响因素进行探索。本文对锂 离子电池使用过程中循环寿命的影响因素进行分析和探讨，其中包括锂离子电池 设计和制造工艺、锂离子电池所使用的材料老化和衰退的情况、锂离子电池所使 用的环境和充放电制度等方面展开详细的探讨，并提出相应的对策。 关键词：锂离子电池；循环寿命；影响因素 锂离子电池作为最常用的充电电池，具有单体电压高、质量轻、自放电小、工作温度范围广、环境容纳度高等出色优点，其他类型电池很少全面具备这样的性能。但是锂离子电池依然存 在缺点，例如有些锂离子电池在经过一定周期的充电和放电循环之后，电池的容量下降过快，达不到标准500次循环的，本文将对锂离子电池的循环性能进行探讨。影响锂离子电池循环 性能的因素有很多，其中，电池在使用过程中，在其内部发生的化学反应是直接影响电池循 环寿命的，除此以外，电池制备所使用的材料、制作设计工艺等也会对电池的循环寿命造成 影响。本文就这几方面的内容进行探讨。 一、简述锂离子电池的构成和原理 （一）锂离子电池的构成 虽然锂离子电池从发明到使用经历较多改进，但是锂离子电池的本质构成并不复杂。锂 离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜、集流体以及电池外壳所构成。正负极所采用的 材料各自不同，但是都有一定的要求。电解液的选择需要满足良好的离子导体和电子绝缘体 的要求，同时应具备良好的热稳定性及化学稳定性。合适的集流体能够保证极片在工作过程 中处于稳定的状态。每一个部分的合理构成可以保证锂离子电池正负极反应的顺利进行。 （二）锂离子电池的反应原理 锂离子电池在工作过程中所发生的反应主要为：充电时，锂离子从正极经过电解液穿过 隔膜嵌入到负极，同时有相同数量的电子经外电路传递到负极，保证电荷平衡；而进行放电时，则相反，锂离子从负极脱嵌，经过电解液穿过隔膜再回到正极，此时相同数量的电子经 外电路传递到正极。在锂离子电池进行首次充电时，有机电解液在碳负极表面发生还原分解，形成一层电子绝缘、离子可导的钝化膜，这层钝化膜被称为固体电解质界面膜（solid electrolyte interface，SEI），该钝化膜能够阻止电解液与碳负极的反应以及溶剂分子共插对负极结构的破坏，对负极进行保护。 二、影响锂离子电池循环寿命的因素 影响锂离子电池循环寿命的因素包括内部和外部因素，内部因素主要是锂离子电池进行 充电和放电过程的化合反应，外部因素主要是在使用过程中的环境控制等。我们讨论在可控 范围内对锂离子电池循环寿命造成影响的因素，希望能够发现并且控制这些因素的办法，延 长电池的循环寿命，使锂离子电池能够得到更加良好的应用。
锂离子电池的正极材料的分析研究综述
锂离子电池的正极材料的研究综述 班级：********* 姓名： ******** 学号：********* 课程老师：***** 日期： *******
锂离子电池的正极材料的研究综述 摘要：本文简要介绍了锂离子电池的发展简况，并对锂离子电池的工作原理进行分析。重点综述了各类锂离子电池正极材料的研究状况和性能表征，通过比较各类材料的优缺点，对今后的进一步研究分析，提供了一个思路和纲领。最后，介绍了正极材料的近期一些研究进展，并对锂离子电池的今后发展进行了展望。希望，锂离子电池材料能够有个更大的突破。 关键词：锂离子电池；正极材料；工作原理；制备方法 1 引言 过去半个世纪内，可充电电池作为一种高效储能装置得到了迅猛的发展。而科学技术的进步则对这种储能装置的电化学性能提出了越来越多的要求。比如：集成电路技术的发展使电子仪器日趋小型化、便携化，相应地要求电池具有体积小、重量轻、比能量高的特点；空间探索技术和国防、军事装备技术的不断发展要求电池具有高的比能量和长储存寿命；环境保护意识的加强使人们对电动机车的发展日益关注，而这种电池则应有大的比能量和比功率。在众多的电池体系中，锂离子电池以其工作电压高、能量密度大和质量轻等优点倍受全球该领域的科研工作者的关注。 自1980年Goodenough等提出钻酸锂(LICoO2>作为锂充电电池的正极材料，揭开了锂离子电池发展的雏形后，锂离子电池在其后得到了飞速的发展。1990年，日本SONY公司的新型锂离子二次电池研制成功并实现商品化，进入90年代以后锂离子电池作为新一代的高效便携式能源，在无线电通讯、笔记本电脑、摄录一体化及空间技术等方面显示出广阔的应用前景和潜在的巨大经济效益，并被认为是21世纪最有潜力的新型能源。 2 锂离子电池的发展简况 2.1锂原电池 20世纪60年代发生的能源危机促进了锂原电池的的商品化。锂原电池是以Li或Li-Al合金作为负极材料的一系列电池，包括Li/MnO2、Li/I2、 Li/SOC12、Li/FeS2等。与一般的原电池相比，它具有电压高、比能量高、工作温度范围宽和放电平稳的优点，因此先后在便携式电器、心脏起搏器、军事设备、及航空航天领域得到应用。 2.2锂二次电池
影响锂电池循环的几个因素
影响锂离子电池循环性能的几个因素 （锂电技术水太深，文武的东西别当真） 循环性能对锂离子电池的重要程度无需赘言；另外就宏观来讲，更长的循环寿命意味着更少的资源消耗。因而，影响锂离子电池循环性能的因素，是每一个与锂电行业相关的人员都不得不考虑的问题。以下文武列举几个可能影响到电池循环性能因素，供大家参考。 材料种类：材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素。选择了循环性能较差的材料，工艺再合理、制成再完善，电芯的循环也必然无法保证；选择了较好的材料，即使后续制成有些许问题，循环性能也可能不会差的过于离谱（一次钴酸锂克发挥仅为135.5mAh/g左右且析锂的电芯，1C虽然百余次跳水但是0.5C、500次90%以上；一次电芯拆开后负极有黑色石墨颗粒的电芯，循环性能正常）。从材料角度来看，一个全电池的循环性能，是由正极与电解液匹配后的循环性能、负极与电解液匹配后的循环性能这两者中，较差的一者来决定的。材料的循环性能较差，一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂，一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。在电芯设计时，若一极确认选用循环性能较差的材料，则另一极无需选择循环性能较好的材料，浪费。 正负极压实：正负极压实过高，虽然可以提高电芯的能量密度，但是也会一定程度上降低材料的循环性能。从理论来分析，压实越大，相当于对材料的结构破坏越大，而材料的结构是保证锂离子电池可以循环使用的基础；此外，正负极压实较高的电芯难以保证较高的保液量，而保液量是电芯完成正常循环或更多次的循环的基础。 水分：过多的水分会与正负极活性物质发生副反应、破坏其结构进而影响循环，同时水分过多也不利于SEI膜的形成。但在痕量的水分难以除去的同时，痕量的水也可以一定程度上保证电芯的性能。可惜文武对这个方面的切身经验几乎为零，说不出太多的东西。大家有兴趣可以搜一搜论坛里面关于这个话题的资料，还是不少的。 涂布膜密度：单一变量的考虑膜密度对循环的影响几乎是一个不可能的任务。膜密度不一致要么带来容量的差异、要么是电芯卷绕或叠片层数的差异。对同型号同容量同材料的电芯而言，降低膜密度相当于增加一层或多层卷绕或叠片层数，对应增加的隔膜可以吸收更多的电解液以保证循环。考虑到更薄的膜密度可以增加电芯的倍率性能、极片及裸电芯的烘烤除水也会容易些，当然太薄的膜密度涂布时的误差可能更难控制，活性物质中的大颗粒也可能会对涂布、滚压造成负面影响，更多的层数意味着更多的箔材和隔膜，进而意味着更高的成本和更低的能量密度。所以，评估时也需要均衡考量。 负极过量：负极过量的原因除了需要考虑首次不可逆容量的影响和涂布膜密度偏差之外，对循环性能的影响也是一个考量。对于钴酸锂加石墨体系而言，负极石墨成为循环过程中的“短板”一方较为常见。若负极过量不充足，电芯可能在循环前并不析锂，但是循环几百次后正极结构变化甚微但是负极结构被破坏严重而无法完全接收正极提供的锂离子从而析锂，造成容量过早下降。 电解液量：电解液量不足对循环产生影响主要有三个原因，一是注液量不足，二是虽然注液量充足但是老化时间不够或者正负极由于压实过高等原因造成的浸液不充分，三是随着循环电芯内部电解液被消耗完毕。注液量不足和保液量不足文武之前写过《电解液缺失对电芯性能的影响》因而不再赘述。对第三点，正负极特别是负极与电解液的匹配性的微观表现为致密且稳定的SEI的形成，而右眼可见的表现，既为循环过程中电解液的消耗速度。不完整的SEI膜一方面无法有效阻止负极与电解液发生副反应从而消耗电解液，一方面在SEI膜有缺陷的部位会随着循环的进行而重新生成SEI膜从而消耗可逆锂源和电解液。不论是对循环成百甚至上千次的电芯还是对于几十次既跳水的电芯，若循环前电解液充足而循环后电解液已
磷酸铁锂电池地放电特性及寿命
磷酸铁锂电池（以下简称锂铁电池）作为铁电池的一种，一直受到业界朋友的广泛关注（也有人说锂铁电池其实就是锂离子电池的一种）。就铁电池而言，它可以分为高铁电池和锂铁电池，今天我们以型号为STL18650的锂铁电池为例，来具体说明一下锂铁的电池的放电特性及寿命。 STL18650的锂铁电池（容量为1100mAh）在不同的放电率时其放电特性如图2所示。最小的放电率为0.5C，最大的放电率为10C，五种不同的放电率形成一组放电曲线。由图1中可看出，不管哪一种放电率，其放电过程中电压是很平坦的（即放电电压平稳，基本保持不变），只有快到终止放电电压时，曲线才向下弯曲（放电量达到800mAh以后才出现向下弯曲）。在0.5～10C的放电率范围内，输出电压大部分在2.7～3.2V范围内变化。这说明该电池有很好的放电特性。 图1 STL18650的放电特性 容量为1000mAh的STL18650在不同的温度条件下（从-20～+40℃）的放电曲线如图2所示。如果在23℃时放电容量为100%，则在0℃时的放电容量降为78%，而在-20℃时降到65%，在+40℃放电时其放电容量略大于100%。 从图3中可看出，STL18650锂铁电池可以在-20℃下工作，但输出能量要降低35%左右。 图2 STL18650在多温度条件下的放电曲线 STL18650的充放电循环寿命曲线如图4所示。其充放电循环的条件是：以1C充电率充电，以2C放电率放电，历经570次充放电循环。从图3的特性曲线可看出，在经过570次充放电循环，其放电容量未变，说明该电池有很高的寿命。
图3 STL18650的充放电循环寿命曲线 过放电到零电压试验 采用STL18650（1100mAh）的锂铁动力电池做过放电到零电压试验。试验条件：用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满，然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再将放到0V的电池分两组：一组存放7天，另一组存放30天；存放到期后再用0.5C充电率充满，然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。 试验的结果是，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%；存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%；存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。 这试验说明该电池即使出现过放电（甚至到0V），并存放一定时间，电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。
锂电池循环充放电问题
东莞市钜大电子有限公司 锂电池循环充放电问题 笔者：I_know_i_ask 工具/原料 (2) 步骤/方法 (2) 循环使用理解 (2) 锂电池循环寿命测试条件及要求 (3) 国标规定的解释 (3) 循环充放电寿命减少的说法 (4) 误区 (4) 注意事项 (5) 预防措施 (5)
问题锂电池寿命问题：循环充放电一次就是少一次寿命吗?回答这个问题前，我们先来说说锂电池循环寿命的测试条件。 工具/原料 锂电池 充电器 步骤/方法 循环使用理解 循环就是使用，我们是在使用电池，关心的是使用的时间，为了衡量充电电池到底可以使用多长时间这样一个性能，就规定了循环次数的
定义。实际的用户使用千变万化，因为条件不同的试验是没有可比性的，要有比较就必须规范循环寿命的定义。 锂电池循环寿命测试条件及要求 国标规定的锂电池循环寿命测试条件及要求:在环境温度20℃±5℃的条件下，以1C充电，当电池端电压达到充电限制电压4.2V时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于1/20C，停止充电，搁置0.5h~1h，然后以1C电流放电至终止电压2.75V，放电结束后，搁置0.5h~1h，再进行下一个充放电循环，直至连续两次放电时间小于36min，则认为寿命终止，循环次数必须大于300次。 国标规定的解释 A.这个定义规定了循环寿命的测试是以深充深放方式进行的 B.规定了锂电池的循环寿命按照这个模式，经过≥300次循环后容量仍然有60%以上 然而，不同的循环制度得到的循环次数是截然不同的，比如以上其它的条件不变,仅仅把4.2V的恒压电压改为4.1V的恒压电压对同一个型号的电池进行循环寿命测试，这样这个电池就已经不是深充方式了，最后测试得到循环寿命次数可以提高近60%。那么如果把截止电压提高到3.9V进行测试，其循环次数应该可以增加数倍。
锂电池生产工艺分析
锂电池生产工艺分析 关于循环不合格的分析 一、正负极活性材料的物化结构性质的影响 正负极活性材料的物化结构性质对锂离子的嵌入和脱嵌有决定性的影响，因而影响电池的循环寿命。正负极活性材料的结构是主要的影响因素，使用容易脱嵌的活性材料充放电循环时，活性材料的结构变化较小，而且这种微小变化是可逆的，因而有利于延长充放电循环寿命。 1、材料在充放电过程中的结构稳定性 材料在充放电过程中的结构稳定性有利于提高其充放循环性能。如尖晶石材料LiXMn2O4，具有优越的循环性能，其主要原因之一便是在锂离子的嵌入和胶出过程中，单元晶胞膨胀、收缩率小于1%，即体积变化小;LiXMn2O4(X大于等于1)电极 在充放过程中容量损失严重，主要是因为在充放电过程中，其颗粒表面发生Jahn-Teller畸变效应，单元晶胞膨胀严重，使结构完整性破坏。对材料进行适当的离 子掺杂可有效提高材料的结构稳定性。如对尖晶石结构LiXMn2O4进行适量的钴(Co)掺杂，因钴使该材料的晶格参数变小，在循规蹈矩环过程中晶体结构趋于稳定，从而有效改善了其循环稳定性。 2、活性材料的料度分布及大小影响 活性材料的粒度对其循环性能影响很大。研究表明:活性材料的粒度在一定范 围与材料的循环性能正相关;活性材料的粒度分布越宽，其循环性能就越差，因为当粒度分布较宽时，其孔隙度差，从而影响其对电解液的毛细管作用而使阻抗表现较大，当充电到极限电位时，大颗粒表面的锂离子会过度脱嵌而破坏其层状结构，而不利于循环性能。 3、层状结构的取向性及厚度的影响
具有高度取向性和高度层状有序结构且层状结构较厚的材料，因锂离子插入的方向性强，使用其大电流充电放循环时性能不佳，而对于一些具有无序性层状结构(混层结构)或层结构较薄的材料，由于其锂离子脱嵌速率快，且锂脱嵌引起的体积变化较小，因而其充放循环过程中容降率较小，且耐老化。 4、电极材料的表面结构和性质的影响 改善电极材料的表面结构和性质可有效抑制有机溶剂的共插入及其与电解液间的不良反应，如在石黑表面包覆一层有机聚合物热解碳，在一些正极活性材料如LiCOO2，LiC0XNi1-XO2等表层涂覆一层玻璃态复合氧化物如 LiO-Al2O3-SiO2，Li2O-2B2O3等可显著改善材料的充放电循环性能及电池的安全性。 二、电极涂层粘结强度的影响 正负极涂层的粘结强度足够高时，可防止充放循环过程中正负极优其是负极的粉化脱落或涂层因过度膨胀收缩而剥离基片，降低循环容降率 ;反之，如果粘结强度达不到要求，则随循环次数的增加，因涂层剥离程度加重而使电池内阻抗不断增大，循环容量下降加剧。具体说来，包括以下几方面的因素。 1、胶粘剂的材料选择 目前常用的粘合剂为水溶性有机氟粘合剂(PVDF，PTFE等)，其粘结强度受物理化学性能参数如分子量、热稳定性、热收缩率、电阻率、熔融及软化温度以及在溶剂中的溶胀饱合度、化学稳定性等的影响;此外，正极和负极所用的粘结剂及溶剂均要非常纯，以免因杂质存在而使电极中的粘结剂氧化和老化，从而降低电池的循环性能。 2、胶粘剂的配制 选用合适的粘合剂与溶剂相互作用后形成胶粘剂，它对涂膜有较强的附着力，但要注意配制时的温度、各组分间的比例，即配即用，不宜久放，涂好的极片也不
锂离子电池工作原理及优缺点
新能源技术被公认为21世纪的高新技术。电池行业作为新能源领域的重要组成部分，已成为全球经济发展的一个新热点。当前世界电池工业发展的三个特点，一是绿色环保电池迅猛发展，包括锂离子蓄电池、氢镍电池等；二是一次电池向蓄电池转化，这符合可持续发展战略；三是电池进一步向小、轻、薄方向发展。锂离子电池是在锂电池的基础上发展起来的一种新型电池，主要由正极、负极、电解液、电极基材、隔离膜和罐材等材料组成。在商品化的可充电池中，锂离子电池的比能量最高，特别是聚合物锂离子电池，可以实现可充电池的薄形化。相对于传统的铅酸电池和镍氢、镉镍电池而言，锂离子电池比容量高、循环寿命长、安全性能好，将逐步取代镍氢、镉镍等电池。锂离子电池广泛的应用于便携式摄放一体机、ＣＤ、游戏机、手机、笔记本电脑和电动汽车等方面。本文就锂离子电池材料的工作原理及优缺点进行简单介绍。 构造及原理 锂离子电池是指以两种不同的能够可逆地嵌入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池体系。充电时，锂离子从正极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到负极中；放电时则相反，锂离子从负极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到正极中。以以钴酸锂为正极材料的锂离子电池为例： 充电时的电极反应： 正极：LiCoO2→Li1-x CoO2+xLi+ + xe- 负极：6C + xLi+ + xe-→Li x C6
总反应：LiCoO 2 +6C → Li 1-x CoO 2+Li x C 6 放电时：有恒流放电和恒阻放电，恒流放电其实是在外电路加一个可以随电压变化而变化的可变电阻，恒阻放电的实质都是在电池正负极加一个电阻让电子通过。 正极 锂离子电池的正极材料须具备以下主要性质： 1、 吉布斯自由能高，以提供较高的电池电压。 2、 相对分子量小，能容纳的锂的量多，以提供较大的电池容 量。 3、 具有大孔径隧道结构以利于锂离子的嵌入和脱出。 4、 极性弱，以保证良好的可逆性。 5、 热稳定性良好，以保证工作的安全。 6、 重量轻、易于制作。 可以作为正极的材料有LiCoO 2、LiNiO 2、LiMn 2O 4、LiMnO 2、LiFePO 4、LiV 3O 8、LiVO 2、LiV 2O 4、Li 6V 5O 15、LiCo 0.2Ni 0.8O 2、摘自 百度百科； 锂离子电 池
锂离子电池性能影响因素分析及其改进方法研究
云南大学学报(自然科学版),2007,29(S1):237～242CN53-1045/N ISSN0258-7971 Journal of Yunnan U niversity Ξ锂离子电池性能影响因素分析及其改进方法研究 王晋鹏,胡欲立 (西北工业大学航海学院,陕西西安 710072) 摘要:如何提高锂离子电池的性能已经成为锂离子电池开发研究中的一个热点问题.介绍分析了影响锂离子电池性能的几种因素,讨论了几种改善锂离子电池性能的方法,有助于采取相应措施来提高锂离子电池的性 能. 关键词:锂离子电池;性能;影响因素;改进方法 中图分类号:TM912.9 文献标识码:A 文章编号:0258-7971(2007)S1-0237-06 锂离子电池是继镍氢电池之后的新一代绿色高能可充电电池,具有电压高、体积小、比能量高、循环性能好、自放电小、无记忆效应、无污染等突出优点,近10a来得到了飞速的发展,已在二次电池市场中与镍镉电池,镍氢电池呈三足鼎立之势,并且其市场份额仍在不断扩大.锂离子电池以其卓越的性价比优势在笔记本电脑、移动电话、武器装备等领域占据了主导地位,被认为是21世纪对国民经济和人民生活具有重要意义的高科技产品[1]. 随着锂离子电池在各个领域的大量应用,对锂离子电池的性能要求越来越高,如何提高锂离子电池的性能已经成为锂离子电池开发研究中的一个热点问题[2].影响锂离子电池性能的因素是多种多样的,本文分析介绍了影响锂离子电池性能的主要因素,并介绍了改善锂离子电池性能的几种方法. 1 影响锂离子电池性能的主要因素 影响锂离子电池性能的主要因素包括:正负极材料的选择、电解质的选择、隔膜的选择以及电池的结构和尺寸. 1.1 正极材料的选择 正极材料是锂离子电池中Li+的“贮存库”.在充电时锂离子从正极脱出嵌入负极,放电时锂离子从负极脱出插入正极材料中.作为锂离子电池正极材料要求具有以下性能[3]: (1)具有较高的氧化还原电位,从而使电池的输出电压高; (2)电极中大量的锂能够发生可逆嵌入和脱嵌以得到高容量; (3)在整个嵌入/脱嵌过程中,锂的嵌入和脱嵌应可逆且主体结构没有或很少发生变化,这样可确保良好的循环性能; (4)氧化还原电位的变化应尽可能少,这样电池的电压不会发生显著变化,可保持平稳的充电和放电; (5)具有较好的电子导电率和离子导电率,这样可减少极化,并能进行大电流充放电; (6)电极在整个电压范围内化学稳定性好,不与电解质等发生反应; (7)锂离子在电极材料中有较大的扩散系数,便于快速充放电; (8)具有良好的热稳定性; (9)从实用角度而言,电极材料应该便宜,对环境无污染. 理论上具有层状结构和尖晶石结构的材料都可用作锂离子电池的正极材料,但由于制备工艺上存在困难,目前所应用的正极材料仍然是钴、镍、锰、钒和铁的氧化物,如:LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 Ξ收稿日期:2007-03-20 作者简介:王晋鹏(1982- ),男,山西人,硕士生,主要从事锂离子电池的热分析方面的研究.
影响锂离子电池循环性能的七大因素
影响锂离子电池循环性能的七大因素 我们最关注的电池莫过于锂离子电池，因为我们的手机、pad、笔记本的电池就是锂离子电池，它的续航能力也一直是企业研究的一个重点方向。循环性能对锂离子电池的重要程度无需多言，就宏观来讲，更长的循环寿命意味着更少的资源消耗，因而，影响锂离子电池循环性能的因素，是每一个与锂电行业相关的人员都不得不考虑的问题。 1、水分 过多的水分会与正负极活性物质发生副反应、破坏其结构进而影响循环，同时水分过多也不利于SEI膜的形成，但在痕量的水分难以除去的同时，痕量的水也可以一定程度上保证电芯的性能。 2、正负极压实 正负极压实过高，虽然可以提高电芯的能量密度，但是也会一定程度上降低材料的循环性能，从理论来分析，压实越大，相当于对材料的结构破坏越大，而材料的结构是保证锂离子电池可以循环使用的基础；此外，正负极压实较高的电芯难以保证较高的保液量，而保液量是电芯完成正常循环或更多次的循环的基础。 3、测试的客观条件 测试过程中的充放电倍率、截止电压、充电截止电流、测试中的过充过放、测试房温度、测试过程中的突然中断、测试点与电芯的接触内阻等外界因素，都会或多或少影响循环性能测试结果，另外，不同的材料对上述客观因素的敏感程度各不相同，统一测试标准并且了解共性及重要材料的特性应该就足够日常工作使用了。 4、负极过量 负极过量的原因除了需要考虑首次不可逆容量的影响和涂布膜密度偏差之外，对循环性能的影响也是一个考量，对于钴酸锂加石墨体系而言，负极石墨成为循环过程中的“短板”一方较为常见，若负极过量不充足，电芯可能在循环前并不析锂，但是循环几百次后正极结构变化甚微但是负极结构被破坏严重而无法完全接收正极提供的锂离子从而析锂，造成容量过早下降。 5、涂布膜密度 单一变量的考虑膜密度对循环的影响几乎是一个不可能的任务，膜密度不一致要么带来容量的差异、要么是电芯卷绕或叠片层数的差异，对同型号同容量同材料的电芯而言，降低膜密度相当于增加一层或多层卷绕或叠片层数，对应增加的隔膜可以吸收更多的电解液以保证循环，考虑到更薄的膜密度可以增加电芯的倍率性能、极片及裸电芯的烘烤除水也会容易些，当然太薄的膜密度涂布时的误差可能更难控制，活性物质中的大颗粒也可能会对涂布、滚压造成负面影响，更多的层数意味着更多的箔材和隔膜，进而意味着更高的成本和更低的能量密度，所以，评估时也需要均衡考量。 6、材料种类 材料的选择是影响锂离子电池性能的第一要素，选择了循环性能较差的材料，工艺再合理、制成再完善，电芯的循环也必然无法保证；选择了较好的材料，即使后续制成有些许问题，循环性能也可能不会差的过于离谱，从材料角度来看，一个全电池的循环性能，是由正极与电解液匹配后的循环性能、负极与电解液匹配后的循环性能这两者中，较差的一者来决定的，材料的循环性能较差，一方面可能是在循环过程中晶体结构变化过快从而无法继续完成嵌锂脱锂，一方面可能是由于活性物质与对应电解液无法生成致密均匀的SEI膜造成活性物质与电解液过早发生副反应而使电解液过快消耗进而影响循环。在电芯设计时，若一极确认选用循环性能较差的材料，则另一极无需选择循环性能较好的材料，浪费。