一种新型18650三元锂离子电池的制备

来源:用户上传      作者:黄锋涛

　　摘 要：锂离子电池诞生距今已有几十年的历史，文章采用了镍钴锰酸锂三元材料为正极材料，人工石墨为负极材料，制成18650型大功率锂离子电池，可以用于新能源汽車，其中5C放电容量可以达到95%以上。1.0C循环300次以上仍可以保持90%以上的容量，显示电池具有很大的应用潜力。
　　关键词：锂离子电池;循环寿命;三元材料;18650型
　　Abstract：Lithium ion battery has a history of several decades.In this paper，lithium nickel-cobalt-manganate material was used as positive electrode material，and artificial graphite was used as negative electrode material to make 18650 high-power lithium ion battery，which can be used in new energy vehicles，in which 5C discharge capacity can reach more than 95%.The 1.0c can still maintain more than 90% capacity after 300 cycles，indicating that the battery has great application potential.
　　Key words：Li-ion batteries;cyclic performance;The ternary material;18650
　　中图分类号：TM912.9 文献标识码：A
　　 锂离子电池是一种新型二次可重复利用的清洁能源型电池，目前三元锂离子电池镍钴锰酸锂电池已经逐渐被应用，相对于其他电池，三元锂离子电池具有高功率、大容量、价格较低、环保等优点，被认为是取代钴酸锂最为优先的正极材料[1-3]。三元锂离子正极材料的理论容量可以达到260mAh/g，实际容量达到150mAh/g以上，电压平台较高，具有较高的放电功率[4-5]，本文作者根据现有的研究基础上，制成一种快速充放电的18650型锂离子电池，可用于新能源汽车的电芯。
　　1 实验过程
　　1.1 电池的制作
　　正极部分以三元材料、导电剂和粘结剂为原料，按照95∶2.5∶2.5的质量比混合，将其溶于N-甲基吡咯烷酮，涂布于15μm厚度的铝箔中，负极以石墨，导电剂和羧甲基纤维素CMC为原料，按照一定的比例混合搅拌，涂布于10μm的铜箔并烘干。其中正极材料的面密度为26mg/cm2，负极材料的密度为14mg/cm2，正极片的压实密度为3.2g/cm3，负极极片的压实密度为1.30g/cm3，电池的设计容量为1300mAh，规格为18650型。
　　1.2 电池的性能测试
　　电池的容量、放电性能和循环寿命采用新威尔电池测试仪，电压测试范围为2.8-4.2V，电池的安全性能采用拜特电池测试仪。
　　2 结果与讨论
　　2.1 电池容量与放电曲线图
　　
　　 图1是三元锂离子18650型电池不同倍率下的放电性能，其中1C倍率下放电容量为1396mAh，电压平台为3.7V，5C倍率下放电容量达到1341mAh，10C倍率下方的容量达到1357mAh，随着倍率的增加电池的容量几乎没有发生变化，电池的极化作用很小，表现出电池的倍率性能极好，在高功率下电池也可以正常的放电，且损失极其小。此电池能够很好的用于新能源汽车，表现出很大的应用潜力，直到电池容量达到30A以后容量才逐渐的损失。此电池能够用于先进制造业中。
　　2.2 电池的循环性能曲线图
　　好的电池除了具备优良的放电性能外，还必须具备良好的循环性能。按照1C的倍率下恒流恒压充放电，电池的起始容量为1340mAh，经过300次循环仍然保持1200mAh，达到初始容量的90%，电池容量几乎没有损失，说明电池具有很好的循环性能，对于三元材料，锂离子的反复嵌入和脱出几乎没有破坏锂离子正极材料的层状结构，保持了三元材料的层状结构，由此锂离子具有良好的循环性能。
　　2.3 电池安全性能测试
　　
　　 对于锂离子电池除了具备良好的循环性能和大功率性能外，最为重要的是具备非常好的安全性能。本实验将电池以02C恒流恒压充满4.2V，搁置24小时以上。使用4mm的钢针对准电池侧面刺穿电池，电池没有爆炸和起火，电池的盖帽部分仍然完好无损的保持着。作为最为极端的测试，电池如能通过针刺实验，说明电池的安全性能非常的良好，电池可以经受极端条件下的应用。
　　3 结论
　　以三元材料镍钴锰为正极，石墨粉为负极，研发出了1300mAh容量的大功率型的锂离子电池，经过性能测试，电池的功率性能极好，能够在10C以上的大倍率下达到1C倍率的97%以上。电池在1C条件下循环寿命达到300次以上，经过最为极端的针刺实验，没有发生起火和爆炸，表明电池具有很好的安全性能和电化学性能。
　　参考文献：
　　[1]龚蓉，陈红雨.三元正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2改性研究现状[J].电池工业，2014，19（1）：47-52.
　　[2]董生德，周园，海春喜.锂离子电池镍钴锰三元正极材料研究进展[J].电池，2018，48（4）：280-283.
　　[3]黄学杰.电动汽车与锂离子电池[J].物理，2015，44（1）：1-7.
　　[4]黄可龙，王兆翔，刘素琴.锂离子电池原理与关键技术[M].北京：化学工业出版社，2008：1-20.
　　[5]蔡少伟.锂离子电池正极三元材料的研究进展及应用[J].电池技术，2013（6）：1065-1068.
　　课题项目：陕西国防工业职业技术学院科研项目 新能源汽车用新型大功率锂离子电池的设计与开发，项目编号：Gfy19-48
　　作者简介：黄锋涛（1986-），男，陕西人，硕士，讲师，主要从事锂离子电池研究。

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