一種新型18650三元鋰離子電池的制備

摘 要：鋰離子電池誕生距今已有幾十年的歷史，文章采用了鎳鈷錳酸鋰三元材料為正極材料，人工石墨為負極材料，制成18650型大功率鋰離子電池，可以用于新能源汽車，其中5C放電容量可以達到95%以上。1.0C循環300次以上仍可以保持90%以上的容量，顯示電池具有很大的應用潛力。

關鍵詞：鋰離子電池;循環壽命;三元材料;18650型

Abstract：Lithium ion battery has a history of several decades.In this paper，lithium nickel-cobalt-manganate material was used as positive electrode material，and artificial graphite was used as negative electrode material to make 18650 high-power lithium ion battery，which can be used in new energy vehicles，in which 5C discharge capacity can reach more than 95%.The 1.0c can still maintain more than 90% capacity after 300 cycles，indicating that the battery has great application potential.

Key words：Li-ion batteries;cyclic performance;The ternary material;18650

中圖分類號：TM912.9文獻標識碼：A

鋰離子電池是一種新型二次可重復利用的清潔能源型電池，目前三元鋰離子電池鎳鈷錳酸鋰電池已經逐漸被應用，相對于其他電池，三元鋰離子電池具有高功率、大容量、價格較低、環保等優點，被認為是取代鈷酸鋰最為優先的正極材料[1-3]。三元鋰離子正極材料的理論容量可以達到260mAh/g，實際容量達到150mAh/g以上，電壓平臺較高，具有較高的放電功率[4-5]，本文作者根據現有的研究基礎上，制成一種快速充放電的18650型鋰離子電池，可用于新能源汽車的電芯。

1 實驗過程

1.1 電池的制作

正極部分以三元材料、導電劑和粘結劑為原料，按照95∶2.5∶2.5的質量比混合，將其溶于N-甲基吡咯烷酮，涂布于15μm厚度的鋁箔中，負極以石墨，導電劑和羧甲基纖維素CMC為原料，按照一定的比例混合攪拌，涂布于10μm的銅箔并烘干。其中正極材料的面密度為26mg/cm2，負極材料的密度為14mg/cm2，正極片的壓實密度為3.2g/cm3，負極極片的壓實密度為1.30g/cm3，電池的設計容量為1300mAh，規格為18650型。

1.2 電池的性能測試

電池的容量、放電性能和循環壽命采用新威爾電池測試儀，電壓測試范圍為2.8-4.2V，電池的安全性能采用拜特電池測試儀。

2 結果與討論

2.1 電池容量與放電曲線圖

圖1是三元鋰離子18650型電池不同倍率下的放電性能，其中1C倍率下放電容量為1396mAh，電壓平臺為3.7V，5C倍率下放電容量達到1341mAh，10C倍率下方的容量達到1357mAh，隨著倍率的增加電池的容量幾乎沒有發生變化，電池的極化作用很小，表現出電池的倍率性能極好，在高功率下電池也可以正常的放電，且損失極其小。此電池能夠很好的用于新能源汽車，表現出很大的應用潛力，直到電池容量達到30A以后容量才逐漸的損失。此電池能夠用于先進制造業中。

2.2 電池的循環性能曲線圖

好的電池除了具備優良的放電性能外，還必須具備良好的循環性能。按照1C的倍率下恒流恒壓充放電，電池的起始容量為1340mAh，經過300次循環仍然保持1200mAh，達到初始容量的90%，電池容量幾乎沒有損失，說明電池具有很好的循環性能，對于三元材料，鋰離子的反復嵌入和脫出幾乎沒有破壞鋰離子正極材料的層狀結構，保持了三元材料的層狀結構，由此鋰離子具有良好的循環性能。

2.3 電池安全性能測試

對于鋰離子電池除了具備良好的循環性能和大功率性能外，最為重要的是具備非常好的安全性能。本實驗將電池以02C恒流恒壓充滿4.2V，擱置24小時以上。使用4mm的鋼針對準電池側面刺穿電池，電池沒有爆炸和起火，電池的蓋帽部分仍然完好無損的保持著。作為最為極端的測試，電池如能通過針刺實驗，說明電池的安全性能非常的良好，電池可以經受極端條件下的應用。

3 結論

以三元材料鎳鈷錳為正極，石墨粉為負極，研發出了1300mAh容量的大功率型的鋰離子電池，經過性能測試，電池的功率性能極好，能夠在10C以上的大倍率下達到1C倍率的97%以上。電池在1C條件下循環壽命達到300次以上，經過最為極端的針刺實驗，沒有發生起火和爆炸，表明電池具有很好的安全性能和電化學性能。

參考文獻：

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[3]黃學杰.電動汽車與鋰離子電池[J].物理，2015，44（1）：1-7.

[4]黃可龍，王兆翔，劉素琴.鋰離子電池原理與關鍵技術[M].北京：化學工業出版社，2008：1-20.

[5]蔡少偉.鋰離子電池正極三元材料的研究進展及應用[J].電池技術，2013（6）：1065-1068.

課題項目：陜西國防工業職業技術學院科研項目 新能源汽車用新型大功率鋰離子電池的設計與開發，項目編號：Gfy19-48

作者簡介：黃鋒濤（1986-），男，陜西人，碩士，講師，主要從事鋰離子電池研究。