锂离⼦电池原理及⼯艺流程⼀、原理1.0 正极构造
LiCoO2+ 导电剂+ 粘合剂(PVDF) + 集流体(铝箔)正极2.0 负极构造
⽯墨+ 导电剂+ 增稠剂(CMC) + 粘结剂(SBR) + 集流体(铜箔)负极
3.0⼯作原理3.1 充电过程:
⼀个电源给电池充电,此时正极上的电⼦e从通过外部电路跑到负极上,正锂离⼦Li+从正极“跳进”电解液⾥,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的⼩洞,“游泳”到达负极,与早就跑过来的电⼦结合在⼀起。
正极上发⽣的反应为
LiCoO2 ?→Li1-x CoO2+ x Li++ xe(电⼦)
负极上发⽣的反应为6C + xLi++ x e?→Li x C63.2 电池放电过程
放电有恒流放电和恒阻放电,恒流放电其实是在外电路加⼀个可以随电压变化⽽变化的可变电阻,恒阻放电的实质都是在电池正负极加⼀个电阻让电⼦通过。由此可知,只要负极上的电⼦不能从负极跑到正极,电池就不会放电。电⼦和Li+都是同时⾏动的,⽅向相同但路不同,放电时,电⼦从负极经过电⼦导体跑到正极,锂离⼦Li+从负极“跳进”电解液⾥,“爬过”隔膜上弯弯曲曲的⼩洞,“游泳”到达正极,与早就跑过来的电⼦结合在⼀起。3.3 充放电特性
电芯正极采⽤LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O2,其中LiCoO2本是⼀种层结构很稳定的晶型,但当从LiCoO2拿⾛x个Li离⼦后,其结构可能发⽣变化,但是否发⽣变化取决于x的⼤⼩。
通过研究发现当x > 0.5时,Li1-x CoO2的结构表现为极其不稳定,会发⽣晶型瘫塌,其外部表现为电芯的压倒终结。所以电芯在使⽤过程中应通过限制充电电压来控制Li1-X CoO2中的x值,⼀般充电电压不⼤于4.2V那么x⼩于0.5 ,这时Li1-X CoO2的晶型仍是稳定的。
负极C6其本⾝有⾃⼰的特点,当第⼀次化成后,正极LiCoO2中的Li被充到负极C6中,当放电时Li回到正极LiCoO2中,但化成之后必须有⼀部分Li留在负极C6中⼼,以保证下次充放电Li的正常嵌⼊,否则电芯的压倒很短,为了保证有⼀部分Li留在负极C6中,⼀般通过限制放电下限电压来实现:安全充电上限电压≤ 4.2V,放电下限电压≥ 2.5V。
记忆效应的原理是结晶化,在锂电池中⼏乎不会产⽣这种反应。但是,锂离⼦电池在多次充放后容量仍然会下降,其原因是复杂⽽多样的。主要是正负极材料本⾝的变化,从分⼦层⾯来看,正负极上容纳锂离⼦的空⽳结构会逐渐塌陷、堵塞;从化学⾓度来看,是正负极材料活性钝化,出现副反应⽣成稳定的其他化合物。物理上还会出现正极材料逐渐剥落等情况,总之最终降低了电池中可以⾃由在充放电过程中移动的锂离⼦数⽬。
过度充电和过度放电,将对锂离⼦电池的正负极造成永久的损坏,从分⼦层⾯看,可以直观的理解,过度放电将导致负极碳过度释出锂离⼦⽽使得其⽚层结构出现塌陷,过度充电将把太多的锂离⼦硬塞进负极碳结构⾥去,⽽使得其中⼀些锂离⼦再也⽆法释放出来。
不适合的温度,将引发锂离⼦电池内部其他化学反应⽣成我们不希望看到的化合物,所以在不少的锂离⼦电池正负极之间设有保护性的温控隔膜或电解质添加剂。在电池升温到⼀定的情况下,复合膜膜孔闭合或电解质变性,电池内阻增⼤直到断路,电池不再升温,确保电池充电温度正常。⼆锂电池的配⽅与⼯艺流程1. 正负极配⽅
1.1正极配⽅:LiCoO2 + 导电剂+ 粘合剂+ 集流体(铝箔)LiCoO2(10µm):96.0%导电剂(Carbon ECP) 2.0%粘合剂(PVDF 761) 2.0%
NMP(增加粘结性): 固体物质的重量⽐约为810:1496a) 正极粘度控制6000cps(温度25转⼦3);b) NMP重量须适当调节,达到粘度要求为宜;c) 特别注意温度、湿度对黏度的影响正极活性物质:
钴酸锂:正极活性物质,锂离⼦源,为电池提⾼锂源。⾮极性物质,不规则形状,粒径D50⼀般为6-8 µm,含⽔量≤0.2%,通常为碱性,pH值为10-11左右。
锰酸锂:⾮极性物质,不规则形状,粒径D50⼀般为5-7 µm,含⽔量≤0.2%,通常为弱碱性,pH值为8左右。导电剂:链状物,含⽔量< 1%,粒径⼀般为1-5 µm。通常使⽤导电性优异的超导碳⿊,如科琴炭⿊Carbon ECP和ECP600JD,其作⽤:
提⾼正极材料的导电性,补偿正极活性物质的电⼦导电性提⾼正极⽚的电解液的吸液量,增加反应界⾯,减少极化。
PVDF粘合剂:⾮极性物质,链状物,分⼦量从300,000到3,000,000不等;吸⽔后分⼦量下降,粘性变差。⽤于将钴酸锂、导电剂和铝箔或铝⽹粘合在⼀起。常⽤的品牌如Kynar 761。
NMP:弱极性液体,⽤来溶解/溶胀PVDF,同时⽤来稀释浆料。集流体(正极引线):由铝箔或铝带制成。
1.2负极配⽅:⽯墨+ 导电剂+ 增稠剂(CMC)+ 粘结剂(SBR)+ 集流体(铜箔)负极材料(⽯墨):94.5%
导电剂(Carbon ECP): 1.0% (科琴超导碳⿊)粘结剂(SBR): 2.25% (SBR = 丁苯橡胶胶乳)增稠剂(CMC): 2.25% (CMC = 羧甲基纤维素钠)⽔:固体物质的重量⽐为1600:1417.5
a) 负极黏度控制5000-6000cps(温度25转⼦3)b) ⽔重量需要适当调节,达到黏度要求为宜;c) 特别注意温度湿度对黏度的影响2.正负极混料
⽯墨:负极活性物质,构成负极反应的主要物质;主要分为天然⽯墨和⼈造⽯墨两⼤类。⾮极性物质,易被⾮极性物质污染,易在⾮极性物质中分散;不易吸⽔,也
不易在⽔中分散。被污染的⽯墨,在⽔中分散后,容易重新团聚。⼀般粒径D50为20µm左右。颗粒形状多样且多不规则,主要有球形、⽚状、纤维状等。导电剂:其作⽤为:
提⾼负极⽚的导电性,补偿负极活性物质的电⼦导电性。提⾼反应深度及利⽤率。防⽌枝晶的产⽣。
利⽤导电材料的吸液能⼒,提⾼反应界⾯,减少极化。(可根据⽯墨粒度分布选择加或不加)。
添加剂:降低不可逆反应,提⾼粘附⼒,提⾼浆料黏度,防⽌浆料沉淀增稠剂/防沉淀剂(CMC):⾼分⼦化合物,易溶于⽔和极性溶剂。
异丙醇:弱极性物质,加⼊后可减⼩粘合剂溶液的极性,提⾼⽯墨和粘合剂溶液的相容性;具有强烈的消泡作⽤;易催化粘合剂⽹状交链,提⾼粘结强度。
⼄醇:弱极性物质,加⼊后可减⼩粘合剂溶液的极性,提⾼⽯墨和粘合剂溶液的相容性;具有强烈的消泡作⽤;易催化粘合剂线性交链,提⾼粘结强度
(异丙醇和⼄醇的作⽤从本质上讲是⼀样的,⼤批量⽣产时可考虑成本因素然后选择添加哪种)。
⽔性粘合剂(SBR):将⽯墨、导电剂、添加剂和铜箔或铜⽹粘合在⼀起。⼩分⼦线性链状乳液,极易溶于⽔和极性溶剂。去离⼦⽔(或蒸馏⽔):稀释剂,酌量添加,改变浆料的流动性。
负极引线:由铜箔或镍带制成。2.1正极混料2.1.1原料的预处理
1) 钴酸锂:脱⽔。⼀般⽤120 ?C常压烘烤2⼩时左右。2) 导电剂:脱⽔。⼀般⽤200 ?C常压烘烤2⼩时左右。
3) 粘合剂:脱⽔。⼀般⽤120-140 ?C常压烘烤2⼩时左右,烘烤温度视分⼦量的⼤⼩决定。
4) NMP:脱⽔。使⽤⼲燥分⼦筛脱⽔或采⽤特殊取料设施,直接使⽤。2.1.2物料球磨:
4⼩时结束,过筛分离出球磨;
将LiCoO2 和Carbon ECP倒⼊料桶,同时加⼊磨球(⼲料:磨球=1:1),在滚瓶及上进⾏球磨,转速控制在60rmp以上2.1.3 原料的掺和:
粘合剂的溶解(按标准浓度)及热处理。
钴酸锂和导电剂球磨:使粉料初步混合,钴酸锂和导电剂粘合在⼀起,提⾼团聚作⽤和的导电性。配成浆料后不会单独分布于粘合剂中,球磨时间⼀般为2
⼩时左右;为避免混⼊杂质,通常使⽤玛瑙球作为球磨介⼦。2.1.4 ⼲粉的分散、浸湿:
原理:固体粉末放置在空⽓中,随着时间的推移,将会吸附部分空⽓在固体的表⾯上,液体粘合剂加⼊后,液体与⽓体开始争夺固体表⾯;如果固体与⽓体吸附
⼒⽐与液体的吸附⼒强,液体不能浸湿固体;如果固体与液体吸附⼒⽐与⽓体的吸附⼒强,液体可以浸湿固体,将⽓体挤出。当润湿⾓≤90?,固体浸湿。当润湿⾓>90?,固体不浸湿。
正极材料中的所有组员都能被粘合剂溶液浸湿,所以正极粉料分散相对容易。分散⽅法对分散的影响:
静置法(时间长,效果差,但不损伤材料的原有结构);
搅拌法:⾃转或⾃转加公转(时间短,效果佳,但有可能损伤个别材料的⾃⾝结构)。搅拌桨对分散速度的影响:搅拌桨⼤致包括蛇形、蝶形、球形、桨形、齿轮形等。⼀般蛇形、蝶形、桨型搅拌桨⽤来对付分散难度⼤的材料或配料的初始阶段;球形、齿轮形⽤于分散难度较低的状态,效果佳。
搅拌速度对分散速度的影响。⼀般说来搅拌速度越⾼,分散速度越快,但对材料⾃⾝结构和对设备的损伤就越⼤。浓度对分散速度的影响。通常情况下浆料浓度越⼩,分散速度越快,但太稀将导致材料的浪费和浆料沉淀的加重。浓度对粘结强度的影响。浓度越⼤,柔制强度越⼤,粘接强度越⼤;浓度越低,粘接强度越⼩。
真空度对分散速度的影响。⾼真空度有利于材料缝隙和表⾯的⽓体排出,降低液体吸附难度;材料在完全失重或重⼒减⼩的情况下分散均匀的难度将⼤⼤降低。
温度对分散速度的影响。适宜的温度下,浆料流动性好、易分散。太热浆料容易结⽪,太冷浆料的流动性将⼤打折扣。稀释:将浆料调整为合适的浓度,便于涂布。2.1.5操作步骤
a) 将NMP倒⼊动⼒混合机(100L)⾄80?C,称取PVDF加⼊其中,开机;参数设置:转速25±2转/分,搅拌115-125分钟;
b) 接通冷却系统,将已经磨号的正极⼲料平均分四次加⼊,每次间隔28-32分钟,第三次加料视材料需要添加NMP,第四次加料后加⼊NMP;动⼒混合机参数设置:转速为20±2转/分
c) 第四次加料30±2分钟后进⾏⾼速搅拌,时间为480±10分钟;动⼒混合机参数设置:公转为30±2转/分,⾃转为25±2转/分;
d) 真空混合:将动⼒混合机接上真空,保持真空度为-0.09Mpa,搅拌30±2分钟;动⼒混合机参数设置:公转为10±2分钟,⾃转为8±2转/分e) 取250-300毫升浆料,使⽤黏度计测量黏度;
测试条件:转⼦号5,转速12或30rpm,温度范围25?C;
f) 将正极料从动⼒混合机中取出进⾏胶体磨、过筛,同时在不锈钢盆上贴上标识,与拉浆设备操作员交接后可流⼊拉浆作业⼯序。2.1.6注意事项
a) 完成,清理机器设备及⼯作环境;b) 操作机器时,需注意安全,避免砸伤头部。2.2负极混料2.2.1原料的预处理:
1) ⽯墨:A、混合,使原料均匀化,提⾼⼀致性。B、300~400?C常压烘烤,除去表⾯油
性物质,提⾼与⽔性粘合剂的相容能⼒,修圆⽯墨表⾯棱⾓(有些材料为保持表⾯特性,不允许烘烤,否则效能降低)。2) ⽔性粘合剂:适当稀释,提⾼分散能⼒。2.2.2掺和、浸湿和分散:
1)⽯墨与粘合剂溶液极性不同,不易分散。
2)可先⽤醇⽔溶液将⽯墨初步润湿,再与粘合剂溶液混合。3)应适当降低搅拌浓度,提⾼分散性。
4)分散过程为减少极性物与⾮极性物距离,提⾼势能或表⾯能,所以为吸热反应,搅拌时
总体温度有所下降。如条件允许应该适当升⾼搅拌温度,使吸热变得容易,同时提⾼流动性,降低分散难度。5)搅拌过程如加⼊真空脱⽓过程,排除⽓体,促进固-液吸附,效果更佳。6)分散原理、分散⽅法同正极配料中的相关内容2.2.3稀释:
将浆料调整为合适的浓度,便于涂布。2.2.4物料球磨
1) 将负极和Ketjenblack ECP倒⼊料桶同时加⼊球磨(⼲料:磨球=1:1.2)在滚瓶及上进⾏球磨,转速控制在60rmp以上;2) 4⼩时结束,过筛分离出球磨;2.2.5操作步骤
1) 纯净⽔加热⾄⾄80?C倒⼊动⼒混合机(2L)2) 加CMC,搅拌60±2分钟;
动⼒混合机参数设置:公转为25±2分钟,⾃转为15±2转/分;3) 加⼊SBR和去离⼦⽔,搅拌60±2分钟;
动⼒混合机参数设置:公转为30±2分钟,⾃转为20±2转/分;
4) 负极⼲料分四次平均顺序加⼊,加料的同时加⼊纯净⽔,每次间隔28-32分钟;动⼒混合机参数设置:公转为20±2转/分,⾃转为15±2转/分;5) 第四次加料30±2分钟后进⾏⾼速搅拌,时间为480±10分钟;动⼒混合机参数设置:公转为30±2转/分,⾃转为25±2转/分;
6) 真空混合:将动⼒混合机接上真空,保持真空度为-0.09到0.10Mpa,搅拌30±2分钟;动⼒混合机参数设置:公转为10±2分钟,⾃转为8±2转/分7) 取500毫升浆料,使⽤黏度计测量黏度;测试条件:转⼦号5,转速30rpm,温度范围25?C;
8) 将负极料从动⼒混合机中取出进⾏磨料、过筛,同时在不锈钢盆上贴上标识,与拉浆设备操作员交接后可流⼊拉浆作业⼯序。2.2.6 注意事项
1) 完成,清理机器设备及⼯作环境;2) 操作机器时,需注意安全,避免砸伤头部。配料注意事项:防⽌混⼊其它杂质;防⽌浆料飞溅;
浆料的浓度(固含量)应从⾼往低逐渐调整,以免增加⿇烦;在搅拌的间歇过程中要注意刮边和刮底,确保分散均匀;浆料不宜长时间搁置,以免沉淀或均匀性降低;
需烘烤的物料必须密封冷却之后⽅可以加⼊,以免组分材料性质变化;搅拌时间的长短以设备性能、材料加⼊量为主;
搅拌桨的使⽤以浆料分散难度进⾏更换,⽆法更换的可将转速由慢到快进⾏调整,以免损伤设备;出料前对浆料进⾏过筛,除去⼤颗粒以防涂布时造成断带;对配料⼈员要加强培训,确保其掌握专业知识,以免酿成⼤祸;配料的关键在于分散均匀,掌握该中⼼,其它⽅式可⾃⾏调整。3. 电池的制作
3.1 极⽚尺⼨3.2 拉浆⼯艺a) 集流体尺⼨
正极(铝箔),间歇涂布负极(铜箔),间歇涂布b) 拉浆重量要求
电极第⼀⾯双⾯重量(g)⾯密度(mg/cm2)重量(g)⾯密度(mg/cm2)…3.3 裁⽚
a) 正极拉浆后进⾏以下⼯序:
裁⼤⽚裁⼩⽚称⽚(配⽚)烘烤轧⽚极⽿焊接b) 负极拉浆后进⾏以下⼯序:
裁⼤⽚裁⼩⽚称⽚(配⽚)烘烤轧⽚极⽿焊接3.4
3.5配⽚⽅案
3.6极⽚烘烤
备注:真空系统的真空度为-0.095-0.10Mpa保护⽓为⾼纯氮⽓,⽓体⽓压⼤于0.5Mpa3.7极⽿制作
正极:极⽿上盖组合超声波焊接铝条边缘与极⽚边缘平齐
负极:镍条直接⽤点焊机点焊,要求点焊数为8个点镍条右侧与负极⽚右侧对齐,镍条末端与极⽚边缘平齐3.8隔膜尺⼨3.9卷针宽度3.10压芯
电池卷绕后,先在电芯底部贴上24mm的通明胶带,再⽤压平机冷压2次;3.11电芯⼊壳前要求胶纸镍条…3.12装壳
3.13负极极⽿焊接
负极镍条与钢壳⽤点焊机焊接,要保证焊接强度,禁⽌虚焊3.14激光焊接
仔细上号夹具,电池壳与上盖配合良好后才能进⾏焊接,注意避免出现焊偏3.15电池真空烘烤
a) 真空系统的真空度为-0.095~0.10Mpab) 保护⽓为⾼纯氮⽓,⽓体⽓压⼤于0.5Mpac) 每⼩时抽⼀次真空注⼀次氮⽓;3.16 注液量:2.9±0.1g注液房相对湿度:⼩于30%温度:20±5?C
封⼝胶布:宽红⾊胶布。粘胶布时注意擦净注液⼝的电解液⽤2道橡⽪筋将棉花固定在注液⼝处3.17 化成制度3.17.1开⼝化成⼯艺
a) 恒流充电:40mA*4h 80mA*6h电压限制:4.00V
b) 全检电压,电压⼤于3.90V的电池进⾏封⼝,电压⼩于3.90V的电池接着⽤60mA恒流⾄3.90-4.00后封⼝,再打钢珠;c) 电池清洗,清洗剂为醋酸+酒精3.17.2续化成制度
a) 恒流充电(400mA,4.20V,10min)b) 休眠(2min)
c) 恒流充电(400mA,4.20V,100min)d) 恒压充电(4.20V,20mA,150min)e) 休眠(30min)
f) 恒流放电(750mA,2.75V,80min)g) 休眠(30min)
h) 恒流充电(750mA,3.80V,90min)
i) 恒压充电(3.80V,20mA,150min)
★锂离⼦电池安全特性是如何实现的?
为了确保锂离⼦电池安全可*的使⽤,专家们进⾏了⾮常严格、周密的电池安全设计,以达到电池安全考核指标。(1)隔膜135?C⾃动关断保护
采⽤国际先进的Celgard 2300 PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120?C的情况下,复合膜两侧的PE膜孔闭合,电池内阻增⼤,电池内部升温减缓,电池升温达到135?C时,PP膜孔闭合,电池内部断路,电池不再升温,确保电池安全可*。(2)向电液中加⼊添加剂
在电池过充,电池电压⾼于4.2v的条件下,电液添加剂与电液中其他物质聚合,电池内阻⼤副增加,电池内部形成⼤⾯积断路,电池不再升温。(3)电池盖复合结构
电池盖采⽤刻痕防爆结构,电池升温时,电池内部活化过程中所产⽣的部分⽓体膨胀,电池内压加⼤,压⼒达到⼀定程度刻痕破裂、放⽓。
(4)各种环境滥⽤试验
进⾏各项滥⽤试验,如外部短路、过充、针刺、平板冲击、焚烧等,考察电池的安
全性能。同时对电池进⾏温度冲击试验和振动、跌落、冲击等⼒学性能试验,考察电池在实际使⽤环境下的性能情况。⽬前市场上的18650锂电池良莠不齐,从市场价格7,8元到30多元不等就可见⼀斑。导致充电电压不尽相同(有的18650锂电池发现实际充电电压达到4.4V了)的原因有:1. 材质不同(常见的正极材料有LiCoO2 和磷酸铁锂等,所能容纳锂离⼦嵌⼊的能⼒⼤⼩的负极材料,所以标称电压会出现3.6V、3.7V如果是同种材质的不管电池尺⼨形状如何改变,开路电压是⼀样的)
2. 内置保护板设计不同,如⽐较好的就有:
电池过充功能:P+与P-之间加上充电器,对电池充电,电池电压充到过充检测电压(4.3±0.04V)时,保护电路动作,切断充电通路,实现过充保护?电池过放保护功能:在P+与P-之间接上负载让电池放电,当电池电压下降到过放电压(2.5±0.1)时,保护电路动作,关断放电通路,实现过放保护?短路保护功能:当P+与P-短路时,保护电路会在5-50uS内迅速动作,切断通路,实现短路保护
过流保护功能:当V-端电压达(0.15±0.02V)时,保护电路会在5-26ms内迅速动作,切断通路,实现过流保护)3. .材料以及电池的制作⼯艺,管理等的因素。
如韩国LG ICR18650S3锂电池,号称真正的原装A品的标准电压3.7V,满电电压为:4.2V容量:2400MA产地:韩国LG型号:ICR18650S3
容量:2200mAh电压: 3.6V
充电⽅式:恒流-恒压充电电压: 4.2V充电电流:1050mA充电时间: 2.5H放电电流:1050mA放电截⾄电压:3.0V循环寿命:500
充电温度:0℃-+45℃放电温度:-20℃-+60℃储存温度:0℃-+60℃尺⼨:直径18.4毫⽶×⾼65毫⽶重量:约45克
⼀般来讲,18650锂电池的⼀些数据:容量1800-2500mAh (0.5CA放电)标称电压: 有 3.6V/3.7V 电池内阻:≤70mΩ (带PTC)放电终⽌电压:3.0V 充电上限电压:4.20±0.02V 标准充电电流:0.5C A 快速充电电流:1C A 标准放电电流:0.5C A 快速放电电流:1C A 最⼤直径(φ)18.3 单位(mm) 最⼤⾼度(H)65.0 最⼤放电电流:2C A 电池重量:45±6g 在化成时,⽤稍⾼电压(锂离⼦电池最⾼可以到4.22V,再⾼有可能爆壳,漏液),可以使电解液⽐较好的浸润电极,使锂离⼦激活更彻底⼀些,激活时间也会相应缩短节省这⼀步骤的时间,⽽反应热在不损害电池本⾝的情况下⼜可以给电池内部的反应提供⼀个能⽐较快速反应的环境(温度⾼反应速度加快)。锂电池的⼀些标准如下:电性能:
1. 额定容量:0.5C放电,单体电池放电时间不低于2h,电池组放电时间不低于1h54min(95%);
2. 1C放电容量:1C放电,单体电池放电时间不低于57min(95%),电池组放电时间不低于54min(90%);
3. 低温放电容量:-20?C下0.5C放电,单体或电池组放电时间均不低于1h12min(60%);4. ⾼温放电容量:55?C下0.5C放电,单体电池放电时间不低于1h54min(95%),电池组放电时间不低于1h48min(90%);
5. 荷电保持及恢复能⼒:满电常温下搁置28天,荷电保持放电时间不低于1h36min(80%),荷电恢复放电时间不低于1h48min(90%);
6. 储存性能:进⾏贮存试验的单体电池或电池组应选⾃⽣产⽇期不⾜3个⽉的,贮存前充5
0%~60%的容量,在环境温度40℃±5?C,相对湿度45%~75%的环境贮存90天。贮存期满后取出电池组,⽤0.2C充满电搁置1h后,以0.5C恒流放电⾄终⽌电压,上述试验可重复测试3次,放电时间不低于1h12min(60%);7. 循环寿命:电池或电池组采⽤0.2C充电,0.5C放电做循环,当连续两次放电容量低于72min(60%)时停⽌测试,单体电池循环寿命不低于600次,电池组循环寿命不低于500次;8. ⾼温搁置寿命:应选⾃⽣产⽇期不⾜三个⽉的单体电池的进⾏⾼温搁置寿命试验,进⾏搁
置前应充⼊50%±5%的容量,然后在环境温度为55℃±2?C的条下搁置7天。7天后将电池取出,在环境温度为20℃±5?C下搁
置2~5h。先以0.5C将电池放电⾄终⽌电压,0.5h 后按0.2C进⾏充电,静置0.5h 后,再以0.5C恒流放电⾄终⽌电压,以此容量作为恢复容量。以上步骤为1周循环,直⾄某周放电时间低于72min(60%),试验结束。搁置寿命不低于56天(8周循环)。安全性能:
1. 持续充电:将单体电池以0.2ItA恒流充电,当单体电池端电压达到充电限制电压时,改为
恒压充电并保持28d,试验结束后,应不泄漏、不泄⽓、不破裂、不起⽕、不爆炸(相当于满电浮充)。2. 过充电:将单体电池⽤恒流稳压源以3C恒流充电,电压达到10V后转为恒压充电,直到
电池爆炸或起⽕或充电时间为90min或电池表⾯温度稳定(45min内温差≤2?C)时停⽌充电,电池应不起⽕、不爆炸
(3C10V);将电池组⽤稳压源以0.5ItA恒流充电,电压达到n×5V(n为串联单体电池数)后转为恒压充电,直到电池组爆炸或起⽕或充电时间为90m in或电池组表⾯温度稳定(45min内温差≤2?C)时停⽌充电,电池应不起⽕、不爆炸。3. 强制放电(反向充电):将单体电池先以0.2ItA恒流放电⾄终⽌电压,然后以1ItA电流对
电池进⾏反向充电,要求充电时间不低于90min,电池应不起⽕、不爆炸;将电池组其中⼀只单体电池放电⾄终⽌电压,其余均为充满电态的电池,再以1ItA恒流放电⾄电池组的电压为0V时停⽌放电,电池应不起⽕、不爆炸。4. 短路测试:将单体电池经外部短路90min,或电池表⾯温度稳定(45min内温差≤2?C)时
停⽌短路,外部线路电阻应⼩于50mΩ,电池应不起⽕、不爆炸;将电池组的正负极⽤⼩于电阻0.1Ω的铜导线连接直⾄电池组电压⼩于0.2V或电池组表⾯温度稳定(45min内温差≤2?C),电池应不起⽕、不爆炸机械性能:
1. 挤压:将单体电池放置在两个挤压平⾯中间,逐渐增加压⼒⾄13kN,圆柱形电池挤压⽅向
垂直于圆柱轴的纵轴,⽅形电池挤压电池的宽⾯和窄⾯。每只电池只能接受⼀次挤压。试验结果应符合4.1.2.1的规定。在电池组上放⼀直径为15cm的钢棒对电池组的宽⾯和窄⾯挤压电池组,挤压⾄电池组原尺⼨的85%,保持5min,每个电池组只接受⼀次挤压。2. 针刺:将单体电池放在⼀钢制的夹具中,⽤φ3mm~φ8mm的钢钉从垂直于电池极板的⽅向贯穿(钢针停留在电池中),持续90min,或电池表⾯温度稳定(45min内温差≤2℃)时停⽌试验。3. 重物冲击:将单体电池放置于⼀钢性平⾯上,⽤直径15.8mm的钢棒平放在电池中⼼,钢
棒的纵轴平⾏于平⾯,让重量9.1kg的重物从610mm⾼度⾃由落到电池中⼼的钢棒上;单体电池是圆柱形时,撞击⽅向垂直于圆柱⾯的纵轴;单体电池是⽅形时,要撞击电池的宽⾯和窄⾯,每只电池只能接受⼀次撞击。4. 机械冲击;将电池或电池组采⽤刚性固定的⽅法(该⽅法能⽀撑电池或电池组的所有固定
表⾯)将电池或电池组固定在试验设备上。在三个互相垂直的⽅向上各承受⼀次等值的冲击。⾄少要保证⼀个⽅向与电池或电池组的宽⾯垂直,每次冲击按下述⽅法进⾏:在最初的3ms内,最⼩平均加速度为735m/s2,峰值加速度应该在1225 m/s2和1715 m/s2之间。
5. 振动:将电池或电池组直接安装或通过夹具安装在振动台⾯上进⾏振动试验。试验条件为频率10Hz~55Hz,加速度29.4 m/s2,XYZ每个⽅向扫频循环次数为10次,扫频速率为1oct/min。6. ⾃由跌落:将单体电池或电池组由⾼度(最低点⾼度)为600mm的位置⾃由跌落到⽔泥地⾯上的20mm厚的硬⽊板上,从XYZ三个⽅向各⼀次。⾃由跌落结束后。环境适应性:
1. ⾼温烘烤:将单体电池放⼊⾼温防爆箱中,以(5±2?C)/min升温速率升温⾄130℃,在该温度下保温10min。
2. ⾼温储存:将单体电池或电池组放置在75±2?C的烘箱中搁置48h,电池应,应不泄漏、不泄⽓、不破裂、不起⽕、不爆炸。3. 低⽓压:(UL标准)。对各组成部份物质的要求
1. 对正负极物质的要求正极电位超正,负极电位越负活性要⾼(反应快,得胜率⾼)
活性物质在电解液中要稳定,⾃溶速度要⼩活性物质要有良好的导电性能,电阻⼩便于⽣产,资源丰富2. 导电剂的选择:有优异的的导电性
化学成份稳定,吸⽔性⼩,易贮存便于使⽤
⽬前市场上最好的导电剂是⽇本的Ketjenblack(科琴超导碳⿊)系列超级导电剂,如果Ketjenblack ECP和KetjenblackECP600JD。⽇本的产家⼤都采⽤这种导电剂。科琴超导碳⿊主要由上海翠科化⼯科技有限公司供应。3. 对电解液的要求
电导率⾼,扩散效率好,粘度低化学成份稳定,挥发性⼩,易贮存正负极活性物质在电液中能长期保持稳定便于使⽤
电解液⽬前存在的突出问题与正负极的相容性。
随电压升⾼,电解质溶液分解产⽣⽓体,使内压增⼤,导致对电池空难性的破坏以及升⾼电池⼯作温度时溶剂的抗氧化能⼒较低。
对隔膜要求有良好的稳定性
具有⼀定的机械强度和抗弯曲能⼒,有抗拒枝晶穿透能⼒吸⽔性良好,孔径、孔率符合要求便于使⽤5. 对外壳要求
有较⾼的机械强度,承受⼀般的冲击具有耐⼯艺腐蚀的能⼒
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