锂离子电池低温性能的研究.pdfVIP

B05 锂离子电池低温性能研究 付庆茂“，文钟晟6，赖春艳5，解晶莹6，陈猛8 (8哈尔滨工程大学化工学院黑龙江150001； 。中国科学院上海微系统与信息技术研究所上海200050) 摘要：在低温时，锂离子电池容量有很大的衰减，低温循环后，重新放置于室温，其容量亦不能恢复到室 温时的容量。通过三电极电池(含有金属锂参比电极)研究发现：在低温条件下(量20℃)，由于电池的阻 抗增大，极化增强，充电过程在负极出现锂金属沉积。沉积出的锂与电解液发生还原反应，形成新的SEI 膜覆盖在原来SEI膜上。金属锂的沉积还与充电电流有关，充电电流越大，将出现更负的电位。 关键词：锂离子电池，三电极电池，锂沉积 影响电池低温容量下降主要由以下三方面因素：电解液的传输性能差”。4J、充电过程中由于金属锂的沉 积导致电解液的分解【51及锂离子在石墨负极中的扩散速度慢”J。本实验测试不同温度下电池(不含参比电 极)的性能，在低温下容量有较大衰减，低温循环后重新放黄室温其容量也难以恢复到初始容量。因此， 我们借助三电极电池(参比电极金属锂夹于正负极之间)考察各电极在低温时的变化，来寻找锂离子电池 低温容量衰减的原因。 1实验 研究负极采用活性物质MCMB89％、导电剂3％、粘结荆8％的配比(质量比)混合均匀，在涂布机 上按设计要求涂布成所需厚度。涂布好的极片放入真空烘箱干燥12小时以上，再辊压、冲片待用。研究 89％、导电剂6％、粘结剂s％的配比(质量比)。 正极则采用括性物质LiC002 电池的装配在干燥室进行。手工叠片成1／2折电芯，放置于铝塑封膜内，在充满氩气氛的手套箱(02 密封，40℃老化12h。电鳃质溶液为|mol／L volume)。三电极电池则采用金属锂为参比电极，用隔膜包好，夹于正负极之间。 测试电池的充放电性能测试在land测试仪上进行，数据由计算机采集。实验电池由高温向低温测试， 测试前先循环5次以形成“稳定”的SEI膜，以减少前几次循环过程中SEI膜的形成对研究的影响。除特 定标注外，测试电池充放电机制采用C／10的电流，O℃以上截止电压为3．0V，0C以下截止电压为2．7v。 2结果与讨论 实验测试了电池(不含参比电极)在不同温度条件下的充放电容量特性，其循环放电容量如图l所示。 室温条件下，全电池的放电容量约84mAh，随着温度的降低，其容量逐渐下降。在0C以上，电池容量的 下降趋势非常缓慢。随着温度继续的降低。容量下降趋势增加。0C时的容量保持率为其室温F的94．1％ 室温的65．6％左右。这与低温时锂离子在电解液中的电导率下降、充电过程由于金属锂的沉积导致电解液 的分解及锂离子在负极中的扩散速度减慢等因素有关。 电池在．20C循环5次后，将其重新置于室温下采用相同的充放电制度，进行循环性能测试。与未进行 低温实验的室温放电性能比较(如图2所示)，发现其容量与放电平台均有所降低。从锂离子电池低温性 能的影响因素来分析，前后两次室温性能的差异可能与低温充电过程中极化增大导致金属锂的沉积，进一 步使得电解液分解，致使电极表面SEl膜增厚有关。 一般地，对于负极来说，低温时锂离子嵌入碳负极的扩散速度比锂离子从碳中脱出时的扩数速度更慢 付庆筏(1979一)．男(汉)．旺西临川，硕士 ‘通讯联系人E-mail：qingrn_fu@h01anail．conl “J，因此，在低温条件下进行充电时，在负极表面容易造成锂的析出与沉积。沉积出的金属锂比表面积大， 具有高度的反应活性，易与电解液发生不可逆反应，从而致使电池的容量降低。而且，由于金属锂与电解 液的反应产物～般不具有电子导电性，其覆盖在电极表面，必然会导致电池负极表面膜的阻抗进一步增大， 电池极化再次增强．电池的电压降低。而且，这种对锂周而复始的消耗，将使得电池中“净锂”的含量逐 渐减少，循环稳定性下降。 为了进一步探讨低温循环后容量下降的原因，我们借助三电极电池体系，来分别考察正极、负极和全 电池三者的电压随对闯的变化及其之闻的相互关联变化。实验采用三电极体系考察了电池在不同温度充 电，相同温度放电条件下的电化学脱嵌锂行为。图3为三电极电池在相同充放电倍率，不同温度下充电， 相同温度(．20℃)下放电的性能