电动工具用磷酸亚铁锂锂离子电池的制备及性能本文由faith0720贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 锂离子及镍氢镍镉电池 技术 电动工具用磷酸亚铁锂锂离子电池的 制备及性能 江苏海四达电源股份有限公司 王兴威 陈东 徐荷莲 摘要：研制适用于电动工具用的型磷酸亚铁锂锂离子电池，该电池正极采用磷酸亚铁 锂，负极采用中间相碳微球。研究电池的制作工艺，使电池能在不同的环境下能完全放电，并 且具有良好的安全性能。电池在放电条件下循环次容量保持，条件下放电，容 量达到额定容量的以上。通过过充、短路、针刺、挤压、重物撞击等安全测试，电池不起火， 不爆炸。可以在电动工具中得到使用。 关键词：磷酸亚铁锂；锂离子电池；电动工具；安全；高倍率 由于圆柱形高功率镉镍蓄电池具有优异的高倍率放电 性能 在市场上占据主导地位，但由于存在污染问题正逐步退 出历史舞台，然而电动工具市场日益庞大，世界各国都在致 力于开发电动工具用的环保型锂离子电池来替代镍镉电池。 绿色环保的锂离子电池具有比能量高、比功率大自放电小、 充电效率高、工作温度宽、无环境污染等特点，性能远远优 于镍镉电池2。 近年来一些高功率设计的锂离子电池已经进入电动工具 的应用。在这些电池中采用了LiMn2O4和三元材料，这些材料 的安全性差，在电动工具中的使用受到限制。而橄榄石结构 的LiFePO4自被报道以来，已经取得一系列的研究成果3，国 内外一些制造商已经开始批量生产LiFePO 4，为以LiFePO4为 正极材料的动力电池生产化铺平了道路 。我们采用磷酸亚铁 锂作为正极材料，对电池的制作工艺进行了研究，自主研制 了容量为l100mAh的可以用在电动工具中的18650型锂离子电 池，现将电池的制作工艺及性能进行介绍。 1 实验 电池的设计 以18650电池为例，电池要求高倍率放电，采用多极耳， 厚基带，同时在组合盖帽中不用PTC，增加导电剂的量。焊 接采用超声焊接。底部用点焊连接。铜箔外包，增加负极与 钢壳的接触面积，减少电池的欧姆内阻。 电池的制备 用苏州恒正科技有限公司生产的D1S型磷酸亚铁锂作为 正极活性物质、上海杉杉科技有限公司生产的G10型中间相碳 微球作为负极活性物质，隔膜是Celgard2320，电解液是张家 港市国泰华荣化工新材料有限公司生产的LiPF6，用特殊结构 的组合盖帽，按照定的工艺要求制备成动力型18650磷酸亚 铁锂锂离子电池。 性能测试 用BS9360电池性能测试仪对单体电池进行性能测试。用 电池技术年月刊 锂离子及镍氢镍镉电池 技术 HIOKI3554电池内阻测试仪测试电池内阻。OZ-702检测仪测试 单体电池高温性能，OZ-E-2250检测仪测试单体电池低温性能。 池容量要高出100mAh左右，各种倍率放电时表面温度高出 5-7。因为两根极耳极片要长，活性物质多。而3根极耳的 电池内阻比2根极耳的电池小约25%，电池在倍率放电时表面 温度明显下降。 讨论 电池的充放电特性 单体电池在常温下以lC恒流充电到3.65V转为恒压充电， 截止电流为0.02C，然后以1100mA恒流放电到2.0V，图1为电 池的lC充放电曲线。充电总时间为113min，恒流充电时间为 54.22min，充电容量为994.88mAh，占充电总量的85%。 电池的倍率放电性能 电动工具用锂离子电池要求电池具有良好的倍率发电性 能，并且具有超高倍率(30C以上)的脉冲放电性能。图2给出 了不同倍率的放电性能，放电终止电压为2.0V。电池在不同 倍率放电时随着倍率的增加，放电平台逐渐下降，但电池在 10C倍率下仍具有3.05V的高平台，20C能完全放电，表示电 池具有良好的倍率放电性能。 为了研究极耳的数量与电池倍率性能的关系时，在同一 涂布面密度的条件下分别制作了正负极耳都为2根和正负极耳 都为3根的电池，并对电池在不同倍率下放电时的表面温度进 行了测试。 正极两个极耳；负极两个极耳 图正极三个极耳；负极三个极耳 图同一面密度不同极耳数量不同倍率放电时温度曲线 电池的高低温性能 图电池的充放电曲线 图电池在不同温度下放电曲线 电动工具用的锂离子电池使用的温度范围较广，一般在 -2055条件下电池能正常使用。我们通过改进配方，调 整电池结构，优化电解液组分等方法提高了电池的高低温性 图电池的不同倍率放电曲线 能，使电池在不同温度下能10C倍率完全放电。将电池在标 准条件下充满电，放在恒温箱中搁置8h，在此条件下10放 电到2.0V。图4是电池在不同温度下10C放电曲线。从图中可 图3是两种电池在不同倍率下放电时电池表面温度的变 化曲线，正负极耳都是2根的电池比正负极耳都是3根的电 电池技术年月刊 锂离子及镍氢镍镉电池 技术 以看出，在-10、-15、-20进行测试时电池电压出现明 显低头，但没有达到电池放电设置的最低电压，接着由于电 池的温度有所上升，电池的电压有所抬头，电池又能正常放 电。在-20时电池电压跌至2.2V左右，接近2.0V，影响电池 的放电性能。 安全测试 锂离子电池在电动工具中使用时都采用保护板对电池进 行安全保护，但在实际使用时保护板不可能达到100%的可靠 性。且还有可能碰到充电器故障或其他种种意外。这就要求 锂离子电池必须具有良好的滥用及意外情况的承受能力。我 们在电动工具用磷酸亚铁锂锂离子电池开发过程中对电池进 行了过充、短路、针刺、挤压、重物撞击等项目的测试。 图内阻分布图 电池的荷电保持 将电池按照1C充满电，常温下搁置28d，之后将电池用 1C倍率进行放电，结果列于表1。由表1可见，电池的荷电保 持率达到90%以上。 表电池荷电保持 图电池循环曲线 图电池过充曲线 过充 将电池用1C充满电，按照3C过充10V进行过充试验，图 7是电池过充时电压变化曲线。从图中可以看出，当电池过充 时电压上升到4.8V时稳定一段时间，接近9分钟时电池电压快 电池的内阻 用HIOKI3554电池内阻测试仪测试电池内阻，随机抽检 1000支电池内阻，内阻分布见图5，其中8.09.9m内阻的电 池占电池总数的98%以上。 速上升，当上升到7V时，电池高帽拉断，电压快速跌至0V。 电池没有起火、爆炸。 短路 将电池充满电后用电阻不大于50m的导线将电池正负 极短路，测量电池的表面温度变化，电池表面最高温度为 140，电池盖帽拉开，电池不起火、不爆炸。 循环测试 电池在233条件下，用1C充10C放，电压范围为3.65 2.0V，进行循环测试。图6是电池的循环曲线，循环400 次，容量保持80%，电池具有良好的高倍率循环性能。 针刺 将充满电的电池固定在夹具上，用直径3mm的钢针沿径向 电池技术年月刊 锂离子及镍氢镍镉电池 技术 将电池刺穿。图8是电池针刺的状况。电池不起火，不爆炸。 将充满电的电池放在一个平面上，由油压缸施与13+1KN 的挤压力，由直径为32mm的钢棒平面挤压电池，一旦挤压压 力达到最大停止挤压。图9是电池挤压的状况。电池不起火， 不爆炸。 重物撞击 电池充满电后，放置一个平面上，将直径15.8mm的钢柱 垂直置于电池中心，将重量9.1 kg的重物从610mm的高度自由 落到电池上方的钢柱上。图10时重物撞击后电池的现状。电 池不起火、不爆炸。 图电池针剌状况图 挤压 图电池重物撞击状况图 结论 我们研制的电动工具用的磷酸亚铁锂锂离子电池能20C持 续放电，30C脉冲放电，在高温55和低温-20条件下10C连 续放电，容量分别达到额定容量的95%和85%以上，具有良好 的高低温性能。电池常温搁置28d荷电保持90%以上。交流内 阻不大于10m。电池在常温下10C循环400次容量保持80% 以上，高倍率循环性能优越，且具有较高的安全性，能满足 电动工具的需要。 参考文献： 唐琛明，李晓忠电动工具用高速充电型蓄电 池的研制电源技术，（）： 孟蕊，邱瑞珍，高俊奎电动工具用锂离子电池的开发 和性能研究电源技术，（）： 刘旭恒，赵中伟，李洪桂。锂离子蓄电池正极材料 图电池挤压状况图 的改性研究电源技术，（）： 电池技术年月刊 1