软包装锂离子电池的高倍率放电性能■＜1.河南师范大学化学与环境科学学院常照荣吕豪杰■＜2.新乡学院化学与环境工程学院付小宁■＜3.河南新飞科隆电源有限公司尹正中摘 要：以额定容量为１１００ｍＡｈ的０６３４６５型软包装锂离子电池为研究对象，研究了电池结构，正极活性物质与导电剂、粘结剂的配比，极板的面密度、压实密度等因素对锂离子电池高倍率放电性能的影响。
制备的实验电池以１５Ｃ大电流放电，电压平台为３．５Ｖ，循环２２０次（１５Ｃ放电），容量保持率为８７．０％。
关键词：软包装； 锂离子电池； 高倍率放电锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、开路电压高及污染小等优点[1]，已用于小电流放电的移动通讯、笔记本和数码相机等领域，但高倍率放电性能有待提高[2-4]。
程建聪等[5]通过提高导电剂含量，采用薄正极和中间相炭微球（MCMB），并使用功能电解液，改善了电池的大电流性能；V.Subramanian 等[6]以气相法烧制的纳米纤维碳为负极制备的锂离子电池，可进行10C放电；M.Okuho等[7]通过水热法制备纳米级（17 nm）的LiCoO2，l00C放电容量达到1C时的65％，可满足电动汽车等大功率放电要求，但是制备工艺苛刻。
本文作者采用工业化的正负极材料，通过优化电池结构，调整配比参数，制备软包装电池，并测试了相关性能。
１ 实验１．１ 极板制备将正极活性物质LiCoO2（北京产，≥99.4%）、导电炭黑SP（Timcal公司产，≥99.75%）和导电石墨KS6（Timcal公司产，≥99.4%）按不同的比例混合后，以PVDF（美国产，≥99.9％）作为粘结剂，配制成浆料；将负极活性材料人工石墨（深圳产，≥99.9%）、导电炭黑SP、分散剂SBR（河南产，≥99.0％）和粘结剂CMC（德国产，≥99.9％）按质量比90.5：1.5：4：4混合后，配制成浆料。
用涂布机将正极浆料均匀涂覆于铝箔（江苏产，≥99.8％）上，负极浆料均匀涂覆于铜箔（湖南产，≥99.8％）上，在80℃下真空（-0.1 MPa）干燥12h后，辊压，制成正、负极片。
电解液为1mol/L LiPF6/ DMC+EMC+EC（体积比1：1：1，张家港产），隔膜为0.025 mm厚的聚丙烯微孔膜（日本产）。
１．２ 测试仪器采用BS-8802二次电池检测装置（广州产）对电池进行化成；BS-V高电压大电流动力电池检测设备（广州产）进行倍率测试；BS-VR3内阻测试仪（广州产）检测内阻。
１．３ 电极及电池设计以额定容量为1100mAh的063465型液态软包装锂离子电池为研究对象。
采用真空热封机封口，经过防短路处理、干燥，然后注入电解液，经化成分容后，测试电池的性能。
实验电池的参数见表1。
２结果与讨论２．１ 电池结构的影响电池技术 ＜ ２００８年９月７３电池在高倍率放电时，由于极化，电压急剧下降，需要尽量降低电池的内阻。
可在电极极片上焊接多只极耳，降低电池的内阻，使电流密度增大，电荷传递速度加快；但在实际操作过程中，正负极基体易受损，影响大电流放电的效果。
本文作者试图通过改变电池内部结构来提高电池的高倍率放电性能。
Z-1电池采用传统的1只卷芯的电池结构，负极极耳为传统的镍极耳（日本产，≥99.8％）；而Z-2电池为了降低内阻，采用2只卷芯并联的结构，负极极耳采用导电性更好的铜带（连云港产，≥99.8％)，以保证电荷的传递速度。
Z-1电池和Z-2电池的内阻分别为42.5 mΩ和20.2mΩ；Z-2电池的内阻比Z-1电池降低了一半。
两组电池分别以0.5C恒流充电至4.2V转恒压充电2h，截止电流为0.02C（双控制，只要一个达到限制即可，下同）；再以15C恒流放电，终止电压为2.75V。
电池的放电曲线见图1。
图１ Ｚ－１、Ｚ－２电池的１５Ｃ高倍率放电曲线从图1可知，Z-1电池由于内阻大，电压在放电瞬间即下降到2.75V以下，基本放不出电；Z-2电池虽然在放电初期电压下降较快，放电电压平台从3.7V下降到3.4V，但放电效果明显优于采用传统方式制作的Z-1电池。
采用2只卷芯并联的结构，同时使用导电性更好的铜极耳，可降低电池的内阻，提高大电流放电性能。
２．２ 正极活性物质与导电剂、粘结剂的配比的影响电池在大电流放电时，内阻极化明显，电压急剧下降，因此要通过增加导电剂来提高正负极的导电性，以减小极化电压；同时电池在大电流放电时，会出现发热现象，正负极活性物质有可能在循环过程中发生脱落。
为了保证电池的正常工作电压和理想的循环寿命，需要合理地搭配活性物质、导电剂和粘结剂。
本文作者研究了正极活性物质与导电剂、粘结剂的配比对电池高倍率放电性能的影响。
Z-3电池活性物质配比参数采用传统的锂离子电池的参数；Z-4电池为经过反复实验、优化得出的参数。
将Z-3电池和Z-4电池充满电（以0.5C恒流充电至4.2V转恒压充电2h，截止电流为0.02C），然后分别进行15C 恒流放电，终止电压为2.75V，放电曲线如图2所示。
图２ Ｚ－３、Ｚ－４电池的１５Ｃ高倍率放电曲线从图2可知，以15C放电时，两种电池在放电瞬间都出现了电压下降，Z-4电池活性物质搭配适宜，极化程度小于Z-3电池，放电电压平台为3.6V，高于Z-3电池（3.5V）。
这说明正极活性物质与导电剂、粘结剂的配比，对电池的高倍率性能有明显的影响。
２．３ 极板面密度、压实密度的影响电池正负极板的面密度、压实密度对电池充放电性能有很大的影响。
极板的面密度、压实密度过大，虽然有利于提高电池的能量密度，但是电解液很难渗透到极板内部，造成电池浓电池技术 ＜ ２００８年９月７４差极化和内阻增大，而且过于致密的活性物质在循环过程中，会由于电解液的逐渐渗入，发生溶胀，导致脱落，造成电池充放电性能的下降；极板的面密度、压实密度太小，虽然有利于电解液的渗透和减少电极的浓差极化，并提高电池的大电流充放电性能，但电池的能量密度偏低。
需要合理地设计极板的面密度、压实密度，在保证大电流放电性能的前提下，最大限度地提高电池的能量密度[8]。
Z-5电池极板的面密度、压实密度配比参数采用传统锂离子电池的参数；Z-6电池采用经过反复实验、优化得出的面密度、压实密度。
图3为Z-5电池和Z-6电池充满电（以0.5C恒流充电至4.2V转恒压充电2h，截止电流为0.02C）后的15C恒流放电曲线，终止电压为2.75V。
图３ Ｚ－５、Ｚ－６电池的１５Ｃ高倍率放电曲线从图3可知，在放电初期，Z-5电池由于极化较严重，电压下降明显，放出容量的10%（即100mAh）后，电压回升，放电平台趋于稳定；Z-6电池由于极板的面密度、压实密度得到了优化，放电初期的极化得到了缓解，放电电压平台平稳，高于Z-5电池，放电容量也高于Z-5电池。
２．４ 电池的循环性能采用优化后的活性物质配比和极板面密度、压实密度，采用2只卷芯并联的结构，负极使用铜极耳，制作Z-7电池。
化成完毕后，0.5C恒流充电至4.2V转恒压充电2h，截止电流为0.02C；搁置30min；15C放电，终止电压2.75V；搁置30min。
电池的循环性能如图4所示。
图４ Ｚ－７电池的循环性能（１５Ｃ高倍率放电）从图4可知，电池在循环过程中，容量有回升的现象，但总体来说，容量下降平稳。
电池循环220次，容量衰减到额定容量的87%，能满足航模等高倍率放电环境的需要。
３ 结论通过改变电池卷芯的结构，从内部降低了电池的内阻，使电池能够以15C的大电流放电。
在此基础上，通过调整活性物质与导电剂的配比，改善了放电平台；通过调整极板的面密度和压实密度，提高了大电流放电性能。
电池循环（0.5C恒流充电至4.2V转恒压充电2h，截止电流为0.02C；搁置30min；15C 放电，终止电压2.75V）220次，容量衰减到额定容量的87%。
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