鈦酸鋰電池脹氣程度與循環性能的關系分析

李欣穎

摘 要：結合了鈦酸鋰材料循環的穩定性較高、鈦酸鋰產氣較慢的因素，采用了高溫環境加速鈦酸鋰電池的脹氣效果、電池循環壽命衰減，采用了倆種不同類型的鈦酸鋰電池進行實驗，明晰了不同種類太酸電池的脹氣程度間的區別，分析了鈦酸鋰電池脹氣程度與循環性能的關系。

關鍵詞：鈦酸鋰電池;脹氣程度;循環性能;關系;分析

引言：

鈦酸鋰電池具備良好的安全性、零應變、電化學性能突出等優點的同時，對溫度的適應度也較為廣泛。導致了鈦酸鋰電池成為現階段商業化研究中主要研究方向之一。但鈦酸鋰電池在使用中，會出現持續產出H2、CO、CO2等氣體，導致了鋰電池出現膨脹現象，影響了正負極接觸，對電池阻抗值造成一定影響的同時，影響了電池的性能，甚至于出現熱失控、爆炸等安全問題。

1.實驗概述

1.1實驗方法

此次實驗采用了兩種容量不同的鈦酸鋰電池進行實驗。在實驗開始前，對兩種容量不同的鈦酸鋰電池進行標記。1號電池對應的正極體系為鈷酸鋰;2號電池對應的正極體系為錳酸鋰。在1C倍率、30攝氏度的條件下，采取了排水法進行處理，分別對兩種鈦酸鋰電池進行實驗。首先，在1C倍率、30攝氏度的條件下，對鈦酸鋰電池進行充放處理，結合實驗情況，對其進行容量標定;其次，將溫度提升至60攝氏度，對其進行充放電的循環測試。循環次數標定200次，每經歷200次的循環分別對1號電池、2號電池的體積、容量變化進行測試，統計電池在此循環下容量所產生的變化，進而計算得出電池的容量保持率[1]。

1.2脹氣實驗

1.2.1測試原理

如下圖所示。

對電池、水槽以及水進行的受力進行分析。實驗過程中，電池的自重量應大于水對電池的浮力，得到了如下公式：

F1=PGV=mg （5）

F2=F3-G? （5）

F1=F2? ? ? ? （5）

F3-G=pgV=mg? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

1（g/mL）×V（mL）=m（g） （5）

式中：

F1為水對電池的浮力;F2為電池對水的浮力的反應作用;p為水的密度;G為水、水槽的重力;F3為秤遭受水槽的支持力;g為重力常數;V為排開水的體積;m為排開水的質量。

結合式（5）我們可以得出，電池膨脹的體積在數值上，等于電池浸沒水中的質量變化。將體積測試后轉化為質量測試，有效地規避了傳統測試法對電池脹氣的體積測試的差異、誤差。

1.2.2 實驗過程

依托上述測試原理進行測試，對電池的脹氣體積進行了測試。

1）利用排水法測試未循環的倆組電池的原始體積

2）電池每循環充放電200次，對其進行了體積測試

3）充放電循環后的電池體積，減去改電池的原始體積，得出了電池產生氣體的體積。

2.結果與討論

2.1實驗數據

2.1.1電池容量

實驗采用的1號、2號電池標定容量為22.6Ah、19.8Ah，以200次為循環標定，測試到1400停止。詳細結果如表1所示。

2.1.2電池脹氣

通過脹氣體積測試，得出了1號、2號電池的初始體積，即313.25、227.64，經過每200次循環完成的測試體積，結合了初始體積進行計算，得出了200次循環下電池膨脹體積的電池的脹氣率。如表2所示。

經過對1號、2號的分別測試，與循環前的相比，存在明顯的脹氣現象。

2.2實驗討論

1）鈦酸鋰電池在電池高溫下實驗，受到了高溫加速老化作用、電池脹氣的影響，捯飭了保持率衰減較快。

2）兩種電池在循環過程中，電池的脹氣率呈線性增長。

3）高溫下，電池脹氣率對鈦酸鋰電池循環性能的影響存在閥值。電池循環實驗的初期，鋰電池的脹氣率較低，對電池的循環穩定性影響較低。如超過閥值，電池內部電解液的分解程度、分布，都會受到不同程度的影響，導致了電池的循環穩定性降低[2]。

3.結束語

綜上所述，鈦酸鋰電池在高溫試驗環境下進行了多次循環充放電測試，經過測試結果數據表明，鈦酸鋰電池會出現明顯的脹氣問題，對電池的使用性、循環性造成一定的影響。鑒于此，我國有關人員應積極探析改善措施，對國外先進研究理念加以借鑒，以此促進我國電池產業不斷提升。

參考文獻：

[1]張靜，高玉雙，劉鵬.鈦酸鋰電池脹氣程度與循環性能的關系分析[J].科技風，2020（02）：158.

[2]劉燕燕，王綏軍，金翼，徐淑銀，武懌達.鈦酸鋰電池脹氣成分的氣相色譜分析[J].電源技術，2017，41（10）：1396-1398+1412.