磷酸鐵鋰電池在不同存儲條件下的性能研究

雷利亮 郭建峰 黨友旗

（中航鋰電（洛陽）有限公司，河南 洛陽 471003）

磷酸鐵鋰電池在不同存儲條件下的性能研究

雷利亮 郭建峰 黨友旗

（中航鋰電（洛陽）有限公司，河南 洛陽 471003）

本文研究磷酸鐵鋰電池不同荷電狀態（SOC）、不同溫度存儲時電池內阻、厚度及容量的變化。結果表明，高溫和高荷電態存儲都會加速電池內阻的增大，電池厚度會隨著存儲時間增加而增加，存儲初期電池厚度增加較大；電池高溫存儲初期，空電狀態厚度變化較大。高溫會加速電池在存儲過程的不可逆容量損失。關鍵詞：磷酸鐵鋰；存儲；高溫；荷電狀態

鋰離子電池具有比能量大、電壓高、壽命長等優點，使其具有廣泛的應用市場。但是，電池在存儲過程中的容量衰減、內阻及厚度變化影響了電池的使用。許多因素，如溫度、SOC對電池的存儲壽命具有顯著的影響［1］。

以中航鋰電（洛陽）有限公司某型號鋰離子電池（正、負極活性物質分別為LiFePO4、人造石墨）為研究對象，從溫度、SOC等因素出發，對電池存儲后內阻、厚度、容量變化進行研究，確定溫度及SOC對電池的影響。

1 試驗設計

根據電池在存儲過程中的情況，設計了以下6組試驗，每組10支電池。一是常溫存儲1～3組，荷電狀態分別為0%、30%、60%SOC，按如下步驟進行試驗：①0.3C定容；②常溫擱置30d，0.3C定容；③重新調整到對應的SOC，繼續常溫擱置；④重復步驟②③，20個月后測試結束。二是55℃存儲4～6組，荷電狀態分別為0%、30%、60%SOC、按如下步驟進行試驗：①0.3C定容；②55℃擱置30d，常溫靜置12h，0.3C定容；③電池重新調整到對應的SOC，繼續55℃擱置；④重復步驟②③，12個月后測試結束。

上述實驗每擱置30d后，進行電池內阻和厚度測試。測試設備為廣州擎天實業有限公司生產的HTV5C100D100-8電池性能測試系統。恒溫設備為上海一恒科學儀器有限公司生產的DHG9620電熱鼓風干燥箱。交流內阻測試設備為HIOKI3554蓄電池內阻測試儀。

2 結果與討論

2.1 內阻測試

在室溫及55℃下，不同SOC的電池內阻隨存儲時間的變化見圖1。從圖1可知，隨存儲時間增加，電池內阻有增大的趨勢。但55℃比室溫內阻增加率大，這主要是由于在高溫下，電極表面的固體電解質相界面膜（SEI膜）會分解、重組并增厚，導致電池內阻增大［2］。不同SOC電池的內阻增加率差異不明顯。

圖1 不同溫度、不同SOC存儲時內阻變化

2.2 厚度測試

從圖2可知，隨著存儲時間的增加，電池厚度有增大的趨勢，但55℃時電池厚度增加率大。

圖2 不同溫度、不同SOC存儲時厚度變化

常溫儲存時，不同SOC電池厚度變化基本一致，空電狀態厚度增加速率略大。存儲初期，電池厚度變化較大，存儲4個月后，電池厚度增長緩慢，不同SOC對電池厚度影響不明顯。

高溫儲存初期，空電時電池厚度增加較大，分析認為，在空電態下，電池極化較大，高溫加速了電池內部的化學反應，電池厚度增加較大［3］。隨著擱置進行，電池內部化學反應基本平穩，溫度的影響超過SOC的影響，電池厚度變化基本一致，且不同SOC對電池厚度影響不明顯。

2.3 容量測試

從圖3可知，隨存儲時間的增加，電池容量衰減有增大的趨勢。高溫會加速電池在存儲中的不可逆容量損失，而且存儲初期容量衰減較明顯。這可能因為存儲初期時屬于新電池，電極與電解液界面的副反應較大，如SEI膜的分解、重組和增厚等，都會導致電池容量衰減較快［4］。

圖3 不同溫度、不同SOC存儲時容量衰減

3 結論

筆者從溫度和SOC出發，研究了磷酸鐵鋰電池存儲后內阻、厚度和容量的變化。內阻隨存儲時間呈增大趨勢，高溫和高荷電態存儲都會加速電池內阻增大，但高溫對內阻的影響更大；電池厚度隨存儲時間增大，高溫存儲初期，空電態存儲會加速電池厚度的增大；高溫會加速電池在存儲初期的不可逆容量損失。電池存儲時，應避免高溫空電態及高荷電態存儲，避免造成電池內阻增大、厚度增大及容量衰減。

［1］劉勇，盤毅，謝凱，等.鋰離子電池的存儲性能研究［C］//第30屆全國化學與物理電源學術年會，2013：339-340.

［2］賀狄龍，馬冬梅，段雪琴，等.存儲條件對磷酸鐵鋰鋰離子電池性能的影響［J］.電池，2014（4）：226-228.

［3］李佳，張健，張熙貴，等.存儲后鋰離子電池的性能研究［J］.電源技術，2009（7）：552-556.

［4］Ramasamy RP，Lee JW，Popov BN.Simulation of capacity loss in carbon electrode for lithium-ion cells during storage［J］.J Power Sources，2007（1）：266-272.

Study of the Performance of Lithium Iron Phosphate Battery in Different Storage Conditions

Lei LiliangGuo JianfengDang Youqi
（China Aviation Lithium Battery(Luoyang)Co.,Ltd.，Luoyang Henan 471003）

The changes of internal resistance,thickness and capacity of lithium iron phosphate(LiFePO4)Li-ion battery after storage in different state of charge(SOC)and different temperature were studied in this paper.The result showed that high temperature and high SOC could accelerate the increasing of internal resistance,but high temperature was more detrimental.The thickness increased as the extension of storage.In the primary stage of storage，the thickness increased larger.In the primary stage of storage in high temperature,the thickness of the state of the air was changed greatly.High temperature could accelerate the irreversible capacity loss of the battery.

LiFePO4；storage；high temperature；state of charge

TM912

A

1003-5168（2017）05-0124-02

2017-04-18

雷利亮（1986-），男，本科，工程師，研究方向：電池設計；郭建峰（1977-），男，本科，工程師，研究方向：電池設計；黨友旗（1987-），男，本科，工程師，研究方向：電池工藝。