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第51卷㊀第1期2021年㊀㊀2月电㊀㊀㊀池BATTERY㊀BIMONTHLYVol.51,No.1Jan.,2021作者简介:张若涛(1987-),男,河南人,郑州中科新兴产业技术研究院工程师,研究方向:锂离子电池开发;李㊀蒙(1988-),男,河南人,郑州中科新兴产业技术研究院工程师,研究方向:锂离子电池开发;刘艳侠(1982-),女,山东人,中国科学院过程工程研究所副研究员,研究方向:电池材料及锂离子电池开发,通信作者;赵冲冲(1991-),男,河南人,郑州中科新兴产业技术研究院工程师,锂电池开发技术主管,研究方向:锂离子电池开发㊂㊀㊀DOI:10.19535/j.1001-1579.2021.01.015长寿命高倍率锂离子电池的开发及工艺优化张若涛1,李㊀蒙1,刘艳侠1,2∗,赵冲冲1(1.郑州中科新兴产业技术研究院,河南郑州㊀450000;2.中国科学院过程工程研究所,离子液体清洁过程北京市重点实验室,北京㊀100190)摘要:研究石墨的比表面积㊁粒径,以及压实密度㊁化成工艺等因素对无人机用C /LiCoO 2锂离子电池性能的影响㊂采用小粒径G2石墨为负极材料的电池性能最优;当负极压实密度由1.31g /cm 3提升至1.57g /cm 3时,电池的保液量降低9.5%,直流内阻降低11.3%㊂控制负极压实密度为1.31g /cm 3㊁正极涂覆面密度为15.75mg /cm 2,化成温度为45ħ㊁压力为275510Pa ,制备的电池最大放电倍率可达18.00C ㊂以1.00C 充电至4.2V ㊁5.00C 放电至3.0V 循环1000次,容量保持率为91.3%㊂关键词:无人机(UAV );㊀锂离子电池;㊀高倍率;㊀长寿命;㊀压实密度;㊀热压化成中图分类号:TM912.9㊀㊀文献标志码:A㊀㊀文章编号:1001-1579(2021)01-0059-04Development and technology optimization of long-life high rate Li-ion batteryZHANG Ruo-tao 1,LI Meng 1,LIU Yan-xia1,2∗,ZHAO Chong-chong 1(1.Zhengzhou Institute of Emerging Industrial Technology ,Zhengzhou ,Henan 450000,China ;㊀2.Beijing Key Laboratory ofIonic Liquids Clean Process ,Institute of Process Engineering ,Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100190,China )Abstract :The effects of the specific surface area,particle size of graphite,compacted density and forming process on the performanceof C /LiCoO 2Li-ion battery for the unmanned aerial vehicle(UAV)were studied.The battery using small particle size G2graphite asanode material had the best performance.When the compacted density of negative plate increased from 1.31g /cm 3to 1.57g /cm 3,thepreserving water capability of the battery was decreased by 9.5%,the direct current internal resistance was decreased by 11.3%.The highest discharge rate reached 18.00C when battery was prepared under conditions of negative plate compacted density of1.31g /cm 3,positive plate coating density of 15.75mg /cm 2,formation temperature of 45ħand formation pressure of 275510Pa.The capacity retention rate was 91.3%after cycle 1000times with 1.00C charging to 4.2V and 5.00C discharging to 3.0V.Key words :unmanned aerial vehicle(UAV);㊀Li-ion battery;㊀high rate;㊀long-life;㊀compacted density;㊀heat-pressureformation㊀㊀随着无人机㊁电动工具等应用领域的快速发展,高倍率锂离子电池已成为研究的热点[1-2]㊂无人机锂离子电池正常使用倍率为2~4C ,瞬时使用倍率将超过15C ㊂大电流持续放电将导致电池寿命变短,因此,提升无人机用锂离子电池的使用寿命已成为亟待解决的突出问题㊂目前报道的高倍率锂离子电池寿命都不长㊂容亮斌等[3]研究石墨形貌等对锂离子电池性能的影响,发现二次造粒型石墨负极制备的磷酸铁锂锂离子电池具有较好的倍率性能和循环性能,以6C 在2.00~3.65V 循环200次,容量保持率为91.06%㊂黄锋涛[4]以LiNi 1/3Co 1/3Mn 1/3O 2为正极材料㊁石墨为负极材料制备高功率锂离子电池,以1C 充电㊁5C 放电,在4.2~3.0V 循环900次,容量保持率为87.0%㊂延长电池寿命的方法,大多集中在材料或设计方面,需要从材料㊁设计及制备工艺等方面进行整体优化㊂电㊀㊀㊀㊀池BATTERY㊀BIMONTHLY㊀第51卷本文作者以LiCoO2为正极活性材料,两种粒径的人造石墨为负极活性材料,探究石墨比表面积和粒径对电池性能的影响;再选择倍率性能好的人造石墨,研究压实密度对电池性能的影响;最后,进行涂覆面密度与化成工艺的优化,开发长寿命高倍率无人机用锂离子电池㊂1㊀实验1.1㊀浆料的配制活性物质LiCoO2(湖南产,电池级)㊁导电剂超导炭黑Super-Li(瑞士产,电池级)㊁碳纳米管(CNT,江苏产,电池级)㊁黏结剂聚偏氟乙烯(PVDF,美国产,电池级)和分散剂N-甲基吡咯烷酮(NMP,江苏产,电池级)的质量比为93.5ʒ3.0ʒ0.5ʒ3.0ʒ80.0㊂将PVDF和NMP放入搅拌釜中,高速(2000r/min,下同)分散2h;加入CNT,高速分散1.5h,将胶液取出备用㊂向搅拌釜中加入LiCoO2及Super-Li,公转(25Hz,下同)干混20min,将胶液加入搅拌釜中,高速分散3h,经真空(真空度ȡ0.085MPa,下同)除泡㊁除铁等操作,得到正极浆料㊂负极活性物质使用G1人造石墨(河南产)和G2人造石墨(浙江产)㊂活性物质㊁导电剂超导炭黑Super-Li㊁CNT㊁黏结剂羧甲基纤维素钠(CMC,美国产,电池级)㊁丁苯橡胶(SBR,美国产,电池级)和溶剂去离子水的质量比为94.25ʒ1.50ʒ0.50ʒ1.75ʒ2.00ʒ120.00㊂将去离子水和CMC放入搅拌釜中高速分散3h;加入CNT,高速搅拌1.5h,将胶液取出备用㊂向搅拌釜中加入活性物质及Super-Li,开启公转干混20min,将胶液加入搅拌釜中,高速分散3.5h;最后将SBR 加入浆料中,低速25Hz搅拌40min,经真空除泡㊁除铁及过滤(150目筛网)等操作,得到石墨浆料㊂1.2㊀电池制备1.2.1㊀极片的制备按照设计面密度17.60mg/cm2将正极浆料涂覆在15μm 厚的铝箔(佛山产,电池级)上,以4m/s的速度在100ħ下烘干,再将极卷碾压到设计压实密度3.40g/cm3,最后裁切成74mmˑ144mm的正极片㊂取负极涂层比容量与正对面正极涂层比容量的比值(N/P)为1.1,将负极浆料按对应的面密度8.26mg/cm2涂覆在9μm厚的铜箔(广东产,电池级)上,以4m/s的速度在50ħ下烘干,再将极卷碾压至设计压实密度1.40g/cm3,最后裁切成76mmˑ146mm的负极片㊂1.2.2㊀电池的制作以19μm厚的陶瓷隔膜(深圳产,电池级)为隔膜,将34层正极片和35层负极片叠制成总层数为69层的电芯,经过焊接㊁装配,电芯在85ħ下烘烤48h(真空度ȡ0.095MPa)㊂按3.5g/Ah的用量,将58.50g的1mol/L LiPF6/EC+DMC+ DEC电解液(质量比1ʒ1ʒ1,河北产,电池级)注入电芯中㊂用5V/60A软包电池热压化成柜(深圳产)进行化成,设定化成温度与化成压力,先以0.20C(1C=16A)恒流充电至3.8V,再以0.50C恒流充电至4.2V,搁置48h后进行二次封装㊁切边,以1.00C恒流充电至4.2V,再以1.00C放电至3.0V,完成分容操作,制备尺寸为80mmˑ162mm㊁额定容量为16Ah的锂离子电池㊂G1石墨制备的电池统称为电池A,G2石墨制备的电池统称为电池B㊂为了进一步研究负极压实密度以及制备工艺对电池性能的影响,以G2石墨为负极材料,对电池制备工艺参数进行调整,制备电池C1㊁C2㊁C3和D等4组电池,详细的工艺参数如表1所示㊂表1㊀实验工艺参数表Table1㊀Technology parameters of experiments方案压实密度/g㊃cm-3正极负极正极面密度/mg㊃cm-2化成条件温度/ħ压力/PaA 3.40 1.4217.35250B 3.40 1.4217.35250C1 3.44 1.3117.40254694 C2 3.44 1.4217.40254694 C3 3.44 1.5717.40254694D 3.45 1.3215.75452755101.3㊀测试方法用NBT5V120A电池循环测试柜(宁波产)对电池进行性能测试,用分析天平测定电池的保液量㊂1.3.1㊀直流内阻测试将10只电池以1.00C恒流充电至4.2V,转恒压充电至终止电流0.02C(标准充电方式),搁置6h,然后以5.00C 恒流放电15s,记录第i只电池搁置结束时的电压U i0㊁放电第5s的电压U i5㊂按式(1),计算10只电池5.00C放电的平均直流内阻,作为电池的直流内阻值(R DC)㊂R DC=ðn=10i=1(U i5-U i0)n㊃I(1)式(1)中:I为电流;n为电池数量㊂1.3.2㊀倍率测试用同一只电池进行倍率测试㊂将电池以标准充电方式充电,然后分别以1.00C㊁5.00C㊁8.00C㊁10.00C㊁12.00C㊁15.00C和18.00C恒流放电至3.0V;以5.00C放电容量为基准值,8.00C㊁10.00C㊁12.00C㊁15.00C和18.00C放电容量与基准值的比值为电池在该倍率下的倍率性能㊂1.3.3㊀常温(25ʃ3)ħ循环性能测试取1只电池和市售尺寸为72mmˑ170mm,额定容量为16Ah的石墨/钴酸锂锂离子电池(西安产)按照标准充电方式充电,然后以5.00C恒流放电至截止电压3.0V,设定循环1000次,按式(2)计算第j次循环的平均放电功率㊂P j=W j Q j㊃I(2)式(2)中:P j为第j次放电的平均放电功率;W j为第j次放电的能量;Q j为第j次放电的容量㊂1.3.4㊀电池保液量计算取10只待注液电芯,称量第k只的质量m k,然后称量该电池经二封后气囊内不含电解液的电芯质量mᶄk,按式(3)计算10只电池的平均保液量 m㊂m=ðn=10k=1mᶄk-m k n(3)06㊀第1期㊀张若涛,等:长寿命高倍率锂离子电池的开发及工艺优化2㊀结果与讨论2.1㊀石墨比表面积及粒径对高倍率锂离子电池性能影响石墨材料的粒径分布㊁比表面积以及对应电池的首次库仑效率和保液量列于表2㊂表2㊀石墨和电池的基本参数Table 2㊀Basic parameters of graphite and batteries电池石墨石墨粒径/μm D 10D 50D 90石墨比表面积/g㊃m -2首次库仑效率/%保液量/g A G1 4.3811.0019.21 2.1594.2247.33BG24.359.0418.542.4692.4849.47从表2可知,电池B 所用负极材料G2石墨的D 50较小,比表面积较大㊂与电池A 相比,电池B 的首次库仑效率较低,保液量较大㊂两种电池的制备工艺相同,负极材料的不同导致了首次库仑效率和保液量的差异㊂G2石墨的比表面积较大,预充活化过程中消耗了较多的Li +,用于形成石墨颗粒表面的固体电解质相界面(SEI)膜,因此首次库仑效率较低㊂在压实密度及制备工艺相同的情况下,电池B 所用负极材料G2石墨的颗粒比表面积较大,润湿石墨颗粒所需电解液的量较多,因此保液量较大㊂为研究石墨粒径对锂离子电池性能的影响,对电池进行倍率测试,不同放电倍率下的倍率性能见图1㊂图1㊀电池A 和电池B 的倍率性能Fig.1㊀Rate capability of battery A and B从图1可知,当电池放电倍率相同时,电池B 的倍率性能一直高于电池A,原因是小粒径的材料有利于缩短Li +在石墨固体颗粒中的扩散路径㊂随着放电倍率的增加,两种电池倍率性能的差值呈现出先增大㊁后减小再增大的趋势㊂这种趋势可能与负极石墨颗粒表面SEI 膜的稳定性有关,因为高倍率放电时Li +大量快速脱出,导致负极表面上的SEI 膜不稳定,容易被破坏[5]㊂在5.00~8.00C 放电时,负极石墨颗粒表面的SEI 膜相对稳定;10.00C 放电完成后,负极SEI 膜遭到了一定程度的破坏;在12.00~15.00C 充电过程中,消耗了活性锂对负极的SEI 膜进行修复,稳定性得到提升㊂电池B 负极材料的比表面积大,SEI 膜修复消耗的活性锂相对较多,倍率性能的差值呈减小的趋势㊂与12.00~15.00C 放电相比,电池在18.00C 放电时SEI 膜的稳定性提高,而电池B 负极材料的粒径小,Li +嵌脱路径短,因此倍率性能差值又呈现出增加的趋势㊂为制备倍率性能较好的电池,选取G2石墨作为方案C1~C3的负极活性材料㊂2.2㊀负极压实密度对高倍率锂离子电池性能影响测试不同压实密度锂离子电池(C1~C3)的保液量和直流内阻,压实密度对电池保液量和直流内阻的影响见图2㊂图2㊀压实密度对保液量及直流内阻的影响Fig.2㊀Effects of compaction density on weight of electrolyte andDC internal resistance(DCIR)从图2可知,压实密度从1.31g /cm 3提高至1.57g /cm 3,电池的保液量和直流内阻均呈降低的趋势㊂电池的保液量从51.70g 降低至46.81g,降幅为9.5%;直流内阻由2.47mΩ降低至2.19mΩ,降幅为11.3%㊂当配方及材料体系固定时,随着压实密度的提高,极片的孔隙率逐渐减小,极片涂覆层孔隙内所能容纳的电解液量也随之减小,因此电池的保液量随压实密度的提高而降低㊂随着压实密度的提高,活性物质颗粒与导电剂接触更密实[6],电子传导路径变短,电池的直流内阻减小,表现出直流内阻随压实密度的提高而减小的趋势㊂高内阻将造成电池使用过程中温升大,电解液等电池材料的不可逆副反应速度加快,进而引发电池容量的快速衰减[7]㊂提高保液量,可使电池在较长时间内处于富液状态,能减缓容量衰减的速度㊂为研究压实密度对电池循环性能的影响,对电池C1~C3进行了常温1.00C 充电㊁5.00C 放电的循环性能测试㊂测试结果显示,循环500次,电池C1㊁C2和C3的容量衰减率分别为5.2%㊁6.6%和14.0%,即随着压实密度的提高,电池的容量衰减速度加快㊂电池C1~C3的保液量逐渐降低,相应的容量衰减速度逐渐加快㊂由此表明,对于研究的电池体系,保液量对高倍率放电寿命的影响大于直流内阻的影响,表现出低压实密度有利于延长电池循环寿命㊂从循环性能分析可知,电池C1的循环性能最优,实验方案中负极压实密度的最佳值为1.31g /cm 3㊂2.3㊀工艺优化对高倍率锂离子电池性能影响为延长提高电池循环寿命,对电池C1的面密度及化成工艺进行优化,制备电池D㊂正极面密度由17.40mg /cm 2降至15.75mg /cm 2㊂采用热压化成工艺对电池进行预充活化,化成温度为45ħ,化成压力为275510Pa㊂2.3.1㊀电池倍率性能对电池D 进行常温倍率放电测试,以研究工艺优化后电池的倍率性能,放电曲线如图3所示㊂16电㊀㊀㊀㊀池BATTERY㊀BIMONTHLY㊀第51卷图3㊀电池D的倍率放电曲线Fig.3㊀Rate discharge curves of battery D从图3可知,当放电量相同时,放电倍率越大,电池的电压越低㊂ 1.00C㊁5.00C放电的容量中值电压分别为3.775V㊁3.669V㊂电池的放电容量随着放电倍率的增大逐渐减小,其中10.00C㊁18.00C放电容量分别为16.083Ah㊁11.164Ah,为1.00C放电容量的98.0%和68.0%,说明以10.00C放电仍有较好的倍率性能,可满足无人机2.00~4.00C的使用需求㊂2.3.2㊀电池常温循环寿命性能为研究容量和功率保持能力,对电池D进行常温(25ʃ3)ħ1.00C充电㊁5.00C放电循环测试,分析电池在不同循环次数下的容量保持率及平均放电功率,结果见表3㊂表3㊀电池D在常温下1.00C充电㊁5.00C放电的循环测试结果Table3㊀Cycle test results of battery D in1.00C charge,5.00Cdischarge test at normal temperature循环次数/次容量/Ah放电平均电压/V平均功率/W116.247 3.690295.2010016.027 3.684294.7240015.605 3.673293.8480015.142 3.663293.04100014.833 3.639291.12从表3可知,常温循环1000次,电池的容量从首次放电的16.247Ah降低至14.833Ah,容量保持率为91.3%;平均放电功率由首次的295.20W降低至291.12W,功率保持率达到98.6%㊂由此可知,电池在循环1000次后,仍有较高的容量保持率和功率输出能力㊂对电池C1㊁D及市售同规格电池进行1.00C充电㊁5.00C放电循环测试,对比三者循环寿命的差异,结果见图4㊂从图4可知,循环寿命最长的是电池D,其次为电池C1,市售同种规格的电池循环寿命最短㊂这表明,经过面密度和化成工艺的优化,电池的循环寿命得到提升㊂采用热压化成工艺进行预充活化时,电池D化成过程中产生的气体更容易顺利排出,正负极片与隔膜接触紧密,石墨颗粒表面形成的SEI膜更均一㊂提高化成温度可提高电池D活性物质的反应活性,有利于负极形成结构稳定的SEI膜㊂当压实密度一定时,极片的厚度与面密度相关㊂电池D面密度低㊁极片较㊀㊀图4㊀不同电池1.00C充电㊁5.00C放电循环测试的容量保持率Fig.4㊀Capacity retention of different batteries in1.00C charge,5.00C discharge cycle test薄,Li+在极片涂层中的迁移相对容易,Li+的嵌脱对活性材料结构的破坏较小,即较低的面密度有利于充放电㊂由此可知,降低电极面密度及采用热压化成工艺,均有利于延长电池的循环寿命㊂3㊀结论本文作者对比了两种不同比表面积及粒径的石墨负极材料对电池倍率性能的影响,考察了负极压实密度对电池直流内阻㊁保液量及循环性能的影响,优化了锂离子电池的制备工艺,开发出1.00C充电㊁5.00C放电循环1000次,容量保持率为91.3%的长寿命高倍率无人机用锂离子电池㊂研究发现,以颗粒粒径较小的G2人造石墨为负极活性材料制备的电池,保液量最大,倍率性能最优㊂在一定范围内,电解液保有量对电池大倍率放电寿命的影响大于直流内阻的影响㊂当负极压实密度为1.31g/cm3时,电池的容量衰减率最小㊂降低压实密度㊁面密度以及采用热压化成工艺,可延长高倍率锂离子电池的循环寿命㊂参考文献:[1]㊀ZENG X Q,ZHAN C,LU J,et al.Stabilization of a high-capacityand high-power nickel-based cathode for Li-ion batteries[J].Chem,2018,4(4):690-704.[2]㊀AGOSTINI M,BRUTTI S,NAVARRA M A,et al.A high-powerand fast charging Li-ion battery with outstanding cycle-life[J].SciRep,2017,7(1):1104.[3]㊀容亮斌,张国恒,李展江,等.石墨形貌对锂离子电池倍率性能的影响[J].电池,2018,48(2):113-116.[4]㊀黄峰涛.高功率型锂离子电池的研制[J].当代化工,2015,44(6):1266-1267.[5]㊀孙顺.磷酸铁锂电池循环性能衰减规律及加速寿命试验的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2018.[6]㊀郭艳娜.小型便携式锂离子电池体积能量密度研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2017.[7]㊀李平,安富强,张剑波,等.电动汽车用锂离子电池的温度敏感性研究综述[J].汽车安全与节能学报,2014,5(3):224-237.收稿日期:2020-08-1626。
影响锂离子电池高倍率充放电性能的因素由技术编辑archive1 于星期四, 2014-10-16 13:51 发表影响锂离子电池高倍率充放性能的因素很多，包括电池设计、电极组装、电极材料的结构、尺寸、电极表面电阻以及电解质的传导能力和稳定性等。
为了探究其原因和机理，本文主要从正极、负极和电解质材料三方面对它们在高倍率充放电时各自的影响因素进行了综述和分析，并讨论了利于高倍率充放的电极和电解质材料的发展方向。
锂离子电池具有工作电压高、比能量大、无记忆效应且对环境友好等优点，广泛应用于手机、相机、笔记本电脑等小型电器的同时，在电动车、卫星、战斗机等大型电动设备方面的应用也备受青睐[1-2]。
美国Lawrence LiVermore 国家实验室早在1993 年就对日本SONY 公司的20500 型锂离子电池进行了全面的技术分析,考察其用于卫星的可能性[3]；我国中科院物理所也早在1994 年承担福特基金项目时就开始了动力型锂离子电池的研发[4]；国内外一些知名企业进行了动力型锂离子电池的研制和生产，如德国瓦尔塔公司研发的方型锂离子电池，容量为60 Ah，比能量为115 Wh/kg，日本索尼公司生产的高功率型锂离子电池80%DOD 的比功率高达800 W/kg [5]，国内深圳的比亚迪、雷天、天津力神、河南金龙、湖南晶鑫等公司也研制生产出容量在10 Ah 以上的动力型锂离子电池。
尽管在全世界科技和工业界的共同努力下，动力型锂离子电池的研发和生产已取得了长足进展，并逐步走上了实用的轨道，但其价格较高，而且循环性能、安全性能及其高倍率充放电性能都有待于进一步提高(如目前锂离子电池用于电动车时，其动力仍不能与传统燃油机的动力相比，这影响着电动车的行程、最高时速、加速性能及爬坡性能等)。
为了动力型锂离子电池更快的发展，有必要对其高倍率性能的影响因素进行系统研究和分析，找出根本原因。
锂离子电池的高倍率充放性能与锂离子在电极、电解质以及它们界面处的迁移能力息息相关，一切影响锂离子迁移速度的因素都必将影响电池高倍率充放性能。
锂离子电池快速充电及高倍率放电性能刘小虹【摘要】就正极中导电剂含量和功能电解液对电池的快速充电及高倍率放电性能的影响进行了研究,同时重点考察了导电剂和功能电解液对电池的高倍率放电性能和快速充电高倍率放电循环性能的协同效应。
结果表明,增加正极中导电剂含量和使用功能电解液,可以提高电池的快速充电及高倍率放电性能;正极中导电剂含量和功能电解液对电池高倍率放电性能和快速充电高倍率放电循环性能具有良好的协同效应。
通过优化组合,得到的电池20 C放电容量可达1 C放电容量的95.1%;4.5 C 充电9 C放电循环300周后,电池容量仍然保持在89%以上,具有优异的快速充电高倍率放电循环性能。
【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2011(035)007【总页数】4页(P768-771)【关键词】锂离子电池;快速充电;高倍率;功能电解液;协同效应【作者】刘小虹【作者单位】东莞市迈科科技有限公司,广东东莞523800【正文语种】中文【中图分类】TM912.9锂离子电池因其电压高、能量密度大，被广泛地应用于便携式电子产品、电动工具等领域，也被认为是EV、HEV以及PHEV的主要发展方向之一。
由于电动汽车电池快速充放电发展的需要，锂离子电池高倍率性能的研究引起了广泛的重视[1-5]。
在高倍率锂离子电池中使用的正极材料主要有：Li-CoO2、LiMn2O4、LiFePO4以及三元材料 LiMn x Ni y Co z O2等。
Li-CoO2因其价格高，有安全隐患等问题，只限于在小型倍率电池上使用；LiMn2O4因其高温稳定性差，循环性能不好，限制了其在倍率电池上的普遍应用；LiFePO4由于其电压低，低温性能差，在倍率电池应用上有其局限性。
比较而言，三元材料LiMn x Ni y Co z O2(三元材料)因其优良的循环性能以及其他综合性能，成为高倍率电池材料的重要选择之一。
本文在前期电池结构设计、材料匹配等的基础上，就正极中导电剂含量和功能电解液对电池的快速充电及高倍率放电性能进行了研究，同时重点考察了导电剂和功能电解液对快速充电前提下高倍率放电循环性能的协同效应。
![导电剂对锂离子电池性能的影响[1]](https://img.taocdn.com/s1/m/a00fc94ee518964bcf847cf4.png)
磷酸铁锂动力电池产品的高倍率放电特性分析磷酸铁锂动力电池是一种新型的锂离子电池，具有高能量密度和长循环寿命的特点，在电动汽车和储能系统等领域有着广泛的应用。
在使用磷酸铁锂电池时，高倍率放电特性是其性能评估的重要指标之一。
本文将对磷酸铁锂动力电池产品的高倍率放电特性进行详细分析。
一、磷酸铁锂电池高倍率放电特性的意义磷酸铁锂电池在高倍率放电工况下能否保持较高的放电容量和稳定的电压输出，直接关系到其在电动汽车等领域的实际应用。
高倍率放电特性好的电池能够满足瞬时大电流输出的需求，提供持续稳定的动力。
因此，分析磷酸铁锂电池的高倍率放电特性对于产品性能的评估和改进具有重要的理论和实际意义。
二、磷酸铁锂电池高倍率放电特性的影响因素1. 电池材料特性：磷酸铁锂正/负极材料的粒度、比表面积、电导率等参数会影响电池的倍率性能。
合理选择和优化材料有利于提高电池的高倍率放电特性。
2. 电池内阻：电池内部的电阻对于高倍率放电特性有着重要影响。
电池内阻越低，高倍率放电时能够更好地满足大电流输出需求。
3. 温度：温度是磷酸铁锂电池的性能与倍率特性之间的重要联系。
适宜的温度范围有利于提高电池的高倍率放电性能。
4. 储存充电：磷酸铁锂电池在长期储存后进行充电，能够提高其高倍率放电特性。
因此，适当的储存充电操作是提高电池性能的有效手段。
三、磷酸铁锂电池高倍率放电特性测试方法磷酸铁锂电池的高倍率放电测试可以采用恒功率放电或恒流放电方法。
在测试过程中，需要严格控制电池的温度，避免因过高的温度导致电池性能下降。
同时，应根据实际应用需求设定合适的倍率，进行相应的测试。
四、磷酸铁锂电池高倍率放电特性分析分析磷酸铁锂电池高倍率放电特性时，通过测试得到的放电曲线可以进行直观的评估。
在高倍率放电时，如果电池能够保持较高的放电容量和稳定的电压输出，说明其高倍率放电特性较好。
另外，通过对磷酸铁锂电池材料、内阻、温度等因素的分析，可以进一步明确高倍率放电特性受到的影响，并提出相应的改进策略。
数字化实验在电解质溶液导电性中改进
数字化实验（Digital experiments）是利用计算机技术和模拟软件对实验进行数字化处理和模拟的方法。
在电解质溶液导电性实验中，数字化实验可以通过计算模拟电解质
溶液中离子的传输和反应过程，从而改进实验的设计和数据分析。
以下是几种数字化实验在电解质溶液导电性实验中的改进方法：
1. 模拟离子传输过程：通过计算模拟软件，可以模拟离子在电解质溶液中的传输过程。
这样可以更好地理解离子的运动和输运特性，帮助优化电解质溶液的配方和浓度，提
高导电性能。
2. 预测电解质溶液的电导率：通过模拟软件，可以预测不同电解质溶液在不同浓度下
的电导率。
这对于设计实验参数和选择合适的电解质溶液非常有帮助。
3. 优化电极设计：通过数字化实验，可以模拟电解质溶液中电极的作用和影响。
例如，可以模拟不同形状、大小和材料的电极对导电性能的影响，从而优化电极设计。
4. 分析测量数据：数字化实验可以对测量数据进行更精确和准确的分析。
通过模拟软件，可以对实验中的误差源进行建模和分析，提高实验结果的可靠性。
总的来说，数字化实验在电解质溶液导电性实验中可以模拟离子传输过程、预测电解
质溶液的电导率、优化电极设计，以及分析测量数据，从而改进实验设计和数据分析
的准确性和可靠性。
这对于电解质溶液导电性研究的深入理解和应用具有重要意义。
基于电化学模型的全固态锂离子电池的放电行为洪树;汤依伟;贾明;艾立华;殷宝华;李劼【摘要】基于COMSOL Multiphysics仿真平台,建立一维电化学模型,研究放电倍率、电解质中的扩散系数、电极厚度等对全固态锂离子电池放电性能的影响.结果表明:随着放电倍率的增加,电池内部的极化增大;在放电的各个时间段,电池内部的极化情况也在发生变化.当扩散系数增加至初始值的 5 倍时,负极/电解质界面与正极/电解质界面的浓度梯度减小80%.电极厚度的变化影响扩散路径的长短,当电极厚度增加至原来的2倍时,1C放电时间缩短1.72%;电极厚度减小至原来的1/2时,1C 放电时间增加0.46%.%Based on COMSOL multiphysics simulation platform, one-dimensional electrochemical model was established to study the effect of discharge rate, electrolyte diffusion coefficient, and electrode thickness on the discharge performance of the all-solid-state Li-ion batteries. The results show that the polarization within the cells increases with the increase of the discharge rate, and in each period of discharge, the polarization inside the battery also changes. When the diffusion coefficient increases to 5 times of the initial value, the concentration gradient of negative electrode/ electrolyte interface and the positive electrode/electrolyte interface decreases by 80%. The electrode thickness changes affect the length of the diffusion path, when the electrode thickness increases to 2 times of the initial value, 1C discharge time decreases by 1.72%. When the electrode thickness decreases to 0.5 times of the initial value, 1C discharge time increases by 0.46%.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2015(025)008【总页数】7页(P2176-2182)【关键词】全固态锂离子电池;数值仿真;电化学模型;放电行为【作者】洪树;汤依伟;贾明;艾立华;殷宝华;李劼【作者单位】中南大学冶金与环境学院,长沙 410083;中南大学冶金与环境学院,长沙 410083;中南大学冶金与环境学院,长沙 410083;湖南艾华集团股份有限公司,益阳 413002;湖南艾华集团股份有限公司,益阳 413002;中南大学冶金与环境学院,长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】TM911锂离子电池因工作电压、能量密度大、无记忆效应等优点[1-4]，已经广泛地应用于各类便携式电子产品中。
Modeling and Simulation 建模与仿真, 2023, 12(2), 1344-1353 Published Online March 2023 in Hans. https:///journal/mos https:///10.12677/mos.2023.122126基于COMSOL 的锂电池离子电导率仿真 研究汪鹏程，王 影上海工程技术大学，机械与汽车工程学院，上海收稿日期：2023年1月11日；录用日期：2023年3月14日；发布日期：2023年3月21日摘要近年来，新能源汽车在全球蓬勃发展，锂离子电池的性能已成为新能源汽车行业发展的关键因素。
倍率性能是锂离子电池非常重要的性能指标之一，而离子电导率就是影响倍率性能的主要参数。
故本文主要从离子电导率对锂离子电池性能影响的角度出发，基于多物理场仿真软件COMSOL 中的电化学与电池模块，建立了多孔电极及锂离子电池模型。
模拟了离子在多孔电极中的有效传输，并仿真分析了锂离子电池的离子电导率对不同倍率放电时的放电容量、电池极化和内阻以及锂离子传输速率的影响。
仿真结果显示，锂离子电池的离子电导率对锂离子电池电化学性能的性能影响较大，并且较高的离子电导率会改善锂离子电池的电化学性能。
关键词锂离子电池，仿真，离子电导率，电化学性能Ion Conductivity Simulation Research of Lithium Battery Based on COMSOLPengcheng Wang, Ying WangSchool of Mechanical and Automobile Engineering, Shanghai University of Engineering Science, ShanghaiReceived: Jan. 11th , 2023; accepted: Mar. 14th , 2023; published: Mar. 21st , 2023AbstractIn recent years, new energy vehicles have developed rapidly worldwide, and the performance of lithium ion batteries has become a key factor affecting the development of the new energy vehicle industry. High rate performance is one of the most important performance indicators of lithium汪鹏程，王影ion batteries, and ion conductivity is the main parameter affecting the high rate performance. In this paper, from the perspective of the impact of ionic conductivity on the performance of Li-ion batteries, porous electrode and lithium ion battery models were established by electrochemistry and battery modules based on COMSOL. The effective transport of ions in porous electrodes is si-mulated, and the effects of ionic conductivity of Li-ion battery on the discharge capacity, battery polarization, internal resistance and lithium ion transmission rate at different discharge rates were simulated and analyzed. The simulation results show that the ion conductivity of lithium ion battery has a great impact on the electrochemical performance of lithium ion battery, and higher ion conductivity will improve the electrochemical performance of lithium ion battery. KeywordsLi-Ion Batteries, Simulation, Ionic Conductivity, Electrochemical PerformanceThis work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言多年来，研究者们为改善锂离子电池的性能所做的不懈努力和研究使锂离子电池在便携式二次电池市场上发挥了主导作用[1]。
