锂离子电池是近十年来开展起来的一种新式可充电电池,其比能量高,无回忆效应,绿色环保,放电电压是镍镉和镍氢电池的3倍,因此一经面世就遭到了人们的广泛留意,开展十分敏捷。现在只要少量几个国家现已完结了产业化,其间以日本的产业化作业做得最好.我国是锂离子电池产业化开发最早的开展我国家.通过近几年的开展,特别是在国家相关方针导向的活跃推进下,国内锂离子电池取得了日新月异的成果,产品的各种功用取得了相当大的前进,锂离子电池出产链日益完善,产业化程度日益进步,构成了与国际发达国家抢先的态势.凭仗丰厚的自然资源和较低的劳动力本钱,我国锂离子电池职业在国际性竞赛中具有显着的优势。
锂离子电池无疑是当今科技含量很高用处广泛的新一代电池.它体积比能量和质量比能量高,可充且无污染,具有了当时电池工业开展的三大优势,被人们称之为“最有出路的化学电源”.锂离子电池技能现在常见有两种:以金属为外壳的液态锂离子电池和聚合物锂离子电池.液态锂离子电池外壳一般为钢外壳或铝外壳,可塑性不及聚合物锂离子电池.而聚合物锂离子电池的制造工艺杂乱,特别是成品率低使此电池产业化遭到很大的约束.笔者首推软包装锂离子电池,其特点是归纳液态锂离子电池的根本电化学功用以及聚合物锂离子电池的外形包装上共同的长处,并选用与液态锂离子电池类似的液体电解液作为锂离子在正负极之间传输的介质,而外形包装上则选用多层塑料复合薄膜.软包装锂离子电池的杰出长处是其制造进程简略,本钱低,成品率高,其方针是替代聚合物锂离子电池的商场,并和不锈钢壳锂离子电池构成竞赛之态.不锈钢壳锂离子电池、聚合物锂离子电池和软包装锂离子电池三种不同技能的比较如表1所列.本文研讨了软包装锂离子电池的各种电化学功用以及与不锈钢外壳锂离子电池彼此之间的差异等内容,以验证软包装锂离子电池产业化的或许性。
1、试验
试验电池所选用的正极资料为钴酸锂,负极资料为人工球状石墨.LiPF/EC/DEC/DMC为电解液,其间LiPF为导电盐,EC(碳酸乙烯酯)/DEC(碳酸二乙酯)/DMC(碳酸二甲酯)为复合溶剂.电池的外包装为复合铝塑膜,其结构为PET(聚酯)/胶/Al/胶/PP(聚丙烯)五层.电池极耳封口胶是改性的聚烯烃资料。
电池制造工艺包含配料、混料、涂覆、碾压、分切、点焊、卷绕、封口、化成、除气和分容等工序.依照类似工艺条件一起制造了不锈钢外壳的锂离子电池.软包装锂离子电池和不锈钢外壳锂离子电池的尺度都为48mm&TImes;30mm&TImes;4.1mm.两种电池的标称容量为500mA·h。
软包装锂离子电池制造工艺进程中最为要害的技能是怎么战胜电池发生的气涨问题.电池的气涨问题一方面和电池密封是否杰出有关,另一方面和电池化成方法相关.试验中选用改性聚丙稀资料作为正负极极耳与复合包装膜之间的封口胶(一般金属资料与铝塑包装膜内层聚丙烯之间的粘结才能差),很好地处理了电池的密封问题.试验中选用预先充电方法以构成负极资料的保护膜,保护膜构成进程中将发生一部分气体,然后真空除去所发生的气体,通过这种方法消除了因为化成方法带来的电池气涨问题.
2、结果与评论
2.1倍率放电功用
图1是两种锂离子电池的倍率放电曲线图,其间C为电池容量,为电压,电池在测验开端前通过1C(500mA)电流充电至4.2V,并在此电压下持续恒压充电2h,之后静置2h.
图1a给出了软包装锂离子电池在0.5C(250mA)、1C(500mA)和2C(1000mA)3个放电倍率下电池容量与电压的联系曲线,在2C电流放电下软包装锂离子电池可以放出0.5C下容量的91.7%,标明电池具有杰出的大电流放电才能.图1b给出的是不锈钢外壳锂离子电池在0.5C、1C和2c3个放电倍率下的电池容量与电压之间联系的曲线,相同在2c电流放电下不锈钢外壳锂离子电池可以放出0.5c下容量的92.2%.关于相同的电池尺度,软包装锂离子电池的放电容量要比不锈钢外壳锂离子电池的放电容量高10%左右,这是因为两种电池内部结构不同所形成的.其原因如下:软包装锂离子电池内部卷绕后电芯的最外层为正极极片,不锈钢壳电池内部卷绕后电芯的最外层为负极极片,在结构上,软包装锂离子电池具有更多的正极资料敷料量,而锂离子电池的放电容量是由正极决议的,因此软包装电池的容量相比照不锈钢电池高.电池内部电芯采纳不同结构,这和外壳所选用资料相关.软包装锂离子电池外壳是选用中间层为Al箔隔离层的铝塑包装膜,假如和最外层为负极极片的内部卷绕电芯相触摸,在极低电位下(满充电时约0.05mVVS.Li)或许带来软包装的Al箔隔离层的溶解,形成电池失效.假如不锈钢壳电池选用最外层为正极极片的内部卷绕电芯,则存在正极极片上的极耳(一般为Al带材)与不锈钢外壳焊接问题,因此一般选用最外层为负极极片的内部卷绕电芯.从结构上来说,软包装锂离子电池在容量方面比不锈钢外壳锂离子电池有竞赛优势。
2.2高低温功用
图2是两种锂离子电池的高低温放电曲线,测验进程是在高低温试验箱中进行的.电池在测验开端前通过1C电流充电至4.2V,并在此电压下持续恒压充电2h,之后静置2h.
由图可见,软包装锂离子电池在高温45cc、低温一10℃的放电容量到达了电池在常温25℃下容量的102.8%和87.8%,电池具有杰出的高低温功用.而不锈钢外壳的锂离子电池的高低温功用,其在高温45℃、低温一1O℃的放电容量到达了电池在常温25℃下容量的103.2%和93.4%.由图可知,软包装锂离子电池在低温下的放电容量坚持率挨近不锈钢外壳锂离子电池的低温下的容量坚持率。
2.3循环安稳性
图3是两种锂离子电池的循环功用比较图,其间凡为循环次数,c为电池容量,电池充放电循环准则为1CmA充电至4.2V,并在此电压下恒压充电2h后静置10rain,然后1CmA放电至3.0V.电池通过300次循环今后,软包装锂离子电池的放电容量坚持在初始容量的90.6%左右,而不锈钢壳锂离子电池的放电容量则坚持在初始容量的91.3%.由图可知,以铝塑复合膜包装外壳替代惯例金属外壳所制造的锂离子电池,在循环安稳功用方面是杰出的.铝塑复合膜的结构、资料以及极耳密封胶的功用,可彻底隔脱离电池内部和外界环境的彼此反响,铝塑复合膜可完结类似于金属外壳所具有的杰出密封功用。
软包装锂离子电池其它功用如贮存功用、自放电功用和各种安全功用的测验现已完结,产品根本到达国家标准《蜂窝电话用锂离子电池总标准GB/T18287-2000)测验的要求.软包装锂离子产品现在正承受商场的检测,首要使用在MP3、无线耳机、车载DVD等用处上。
3、结语
对软包装锂离子电池的电化学功用,如倍率放电才能、高低温放电才能和电池循环安稳性等方面的研讨标明,软包装锂离子电池具有十分高的使用价值.它既不同于一般金属外壳锂离子电池,也不同于聚合物锂离子电池,是一种新式锂离子电池,这种电池具有分量比能量高、外形可塑性好和出产工艺简略等长处,可望进行大规模出产。