高功率鈦酸鋰電池倍率及低溫性能研究

段泉濱　邱慧敏　趙程

【摘 要】以鈦酸鋰為負極，錳酸鋰為正極制作了32670型圓柱鋰離子電池，并對其常溫倍率及低溫性能進行了研究。結果表明鈦酸鋰負極鋰離子電池具有優異的常溫倍率及低溫放電性能，但電池低溫充電性能相比其放電性能略差。

【關鍵詞】鈦酸鋰；鋰離子電池；倍率；低溫

目前，商業化的鋰離子電池主要采用碳基材料作為負極，但其存在著安全及循環穩定性能差等缺點。為解決這一問題，研究人員引入了鈦酸鋰材料，它屬于一種“零應變材料”，同時放電平臺可達1.55V，不易產生鋰晶枝，穩定性高，安全性有了極大提高，越來越成為研究的熱點。本文采用鈦酸鋰為負極，錳酸鋰為正極，制作了高功率性能的2Ah圓柱形32670電池，并對其倍率及低溫性能進行了研究。

1 實驗

電池制作：正極采用錳酸鋰，負極采用鈦酸鋰材料，然后正負極均以20μm厚的鋁箔作為集流體進行涂布及極片制作，電池隔膜采用了40μm日本NKK紙隔膜。電池整體采用了卷繞工藝，并采用了極組兩端露箔的箔極耳的結構，各連接部位采用激光焊接，焊接面積均達5mm2以上，由此制備出功率性能優異的32670型樣品電池。

2 結果與討論

2.1 常溫倍率放電性能

常溫下，采用1C電流給電池充滿電，然后采用不同放電電流放電，測定電池放電容量及放電曲線。鈦酸鋰電池具有平穩的放電平臺和非常優異的大倍率放電性能，電池在20C電流的情況下，放電容量仍能夠達到1C放電容量的94.48%，但隨著放電電流的增大，放電平臺逐漸降低。

2.2 常溫倍率充電性能

常溫下，電池采用1C電流完全放電后，采用不同充電電流給電池充電，測定電池恒流充電至2.8V的充電容量及曲線。鈦酸鋰電池相比傳統鋰離子電池充電性能更加優異，5C充電仍能達到1C時的90%左右，但是和其放電倍率相比性能略低，采用20C充電，恒流只能充入1C時的42.13%，充電平臺上升更加明顯。

2.3 低溫倍率放電性能

常溫下，電池采用1C電流充滿電后置于恒溫箱中保持8h，然后采用不同倍率電流進行放電，測定其放電曲線，放電終止電壓設定為1.2V，恒溫箱溫度分別設置為-20℃、-40℃。圖1、2分別是電池不同溫度下倍率放電曲線。由放電曲線我們可以看出電池在-20℃時，電池大電流放電極化已較大，但15C仍能放電90%以上，在此溫度下電池初始極化較大，隨電池放電，電池內部溫度升高，極化減小，-40℃時，電池采用1C放電能放出75%左右的容量，5C放電極化較大，開始電壓快速下降至1.2V以下，無法正常穩定放電。

2.4 低溫倍率充電性能

常溫下，電池采用1C電流完全放電后置于恒溫箱中保持8h，然后采用不同倍率電流進行充電，測定其充電曲線，恒溫箱溫度分別設置為-20℃、-40℃。由充電曲線我們可以看出低溫狀態下，電池充電極化較大， -20℃充電電流只能位于3C以下，采用5C、10C電流已無法恒流充電，至-40℃，0.1C充電也只能恒流充入電池35%左右的電容量。

2.5 電池交流內阻隨溫度變化

常溫下，將1#電池充滿電，2#電池采用1C放電完全，然后分別將兩只電池置于不同溫度的恒溫箱內恒溫8h，使用交流內阻測試儀（1KHz）測量電池交流內阻，繪制電池交流內阻隨溫度變化曲線，圖3。由圖中可以看出，電池交流內阻隨溫度降低逐漸增大，其中滿電狀態電池內阻增大比完全放電電池要快，-40℃時，滿電電池內阻增大至原來的365%，完全放電電池內阻增大至原來的285%。

3 結論

采用錳酸鋰為正極，鈦酸鋰為負極的鋰離子電池具有優異的常溫倍率充放電性能及低溫放電性能，常溫狀態電池20C放電仍能放出容量的94%以上，5C恒流充電能充入1C時的89%以上，在低溫狀態時，電池內阻隨溫度降低逐漸增高，-20℃仍能正常進行15C放電，-40℃ 1C放電可以放出75%以上的電量，但電池低溫充電性能較其放電性能稍差，到-40℃，0.1C恒流充電也只能充入電池35%左右的電容量。

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[責任編輯：湯靜]