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1、锂离子电池并联研究 周显茂 ,张 郑 ,袁昌杰 ( 广东国光电子有限公司 , 广东 广州 510800) 摘 要 :研究了锂离子电池单体的容量、放电平台、初始电压、自放电率等参数对并联电池性能的影响。 结果表明, 单体锂离子 电池的自放电率对电池组影响较大; 并联前单体电池的电压差也要控制; 而单体电池的容量差异对电池组影响不大。 关键词 :锂离子电池、电池单体、并联、电池组 - - , , - ( . , . , 510800, ) : - , , , , - - . - - , , . : - ; ; ; 作者简介: 周显茂( 1968- ) , 男, 天津大学电化学本科毕业, 广东国光电
2、子有限公司总工程师, 从事锂离子电池研究。- : . 锂离子电池自工业化以来, 发展极其迅速。 其突出的优势 是能量密度高、循环寿命长、环境友好、自放电率低等 1 - 2 , 应用 领域有便携式数码产品、电动工具、电动车、电动玩具等 3。 对 电动工具、电动车、手提电脑领域, 通常都是将多只单体电池串 并联使用, 以提高电池组的能量。 本文以软包装锂离子电池为 研究对象, 研究了单体电池的性能参数对并联电池组性能的影 响。 1 实验部分 1. 1 四种软包装锂离子单体电池的制作 表 1 试验电池种类 电池种类电池型号 设计容量 / 正极材料 503448800钴酸锂 503448800钴镍锰酸
3、锂 603448950钴酸锂 603448950钴酸锂：钴镍锰酸锂 = 1：1 1. 2 单体电池测试 确良测试三种正极单体电池的 1 放电曲线, 测试单体电池 的放电容量、电压、内阻、放电平台、自放电率; 并抽样测试 1循 环寿命。 1. 3 并联电池组 并联组合方式如图 1 4。 图 1 两只单体并联方式 ( 1) 不同容量单体电池并联: 选择正极材料都是钴酸锂的 类和 类单体电池, 容量有明显差异, 并联测试。 ( 2) 不同正极单体电池并联 ( 即不同放电平台 ) 单体电池并 联: 选择容量相近、正极材料分别是钴酸锂和钴镍锰酸锂的 类 和 类单体电池, 并联测试。 ( 3) 不同初始电
4、压单体电池并联: 选择 类单体电池, 容量 相近, 单体电池初始电压相差 250 , 并联测试。 ( 4) 不同自放电率的单体电池并联: 选择 类单体电池, 容 量相近, 单体电池自放电率有差异, 并联测试。 2 测试结果 2. 1 不同正极材料单体电池的 1 放电曲线 钴酸锂正极的放电平台较高, 3. 6 放电容量达 80%左右; 112广州化工2010年 38卷第 3期 三元( 钴镍锰酸锂) 正极放电平台最低, 3. 6放电容量 50%左 右; 1：1混合正极放电平台居中, 3. 6放电容量 65%左右。 由于三元正极放电时脱锂电位要低于钴酸锂 3 , 因此其放 电平台较低, 而钴酸锂与三
5、元按 1：1混合的正极, 放电脱锂时, 电位从高到低依次放电, 其放电平台介于钴酸锂和三元正极之 间。 图 2 不同正极材料电池 1. 0放电曲线 2. 2 单体电池循环寿命 表 2 单体电池循环寿命测试结果 电池类型 正极材料钴酸锂钴镍锰酸锂 钴酸锂: 钴镍锰酸锂 = 1：1 1 循环 300周容量保持/%86. 488. 387. 6 从表 2中可看出, 三种正极材料的循环寿命相比, 钴镍锰酸 锂最好 3, 5 。 2. 3 单体电池放电容量对并联电池组的影响 表 3 不同电池容量单体并联测试结果 电池类型 单体 1 ( 类电池) 单体 2 ( 类电池) 并联 电池组 电压 /3. 845
6、3. 8483. 847 内阻 /34. 533. 818. 0 3. 0容量 / 8349781805 1循环 300周容量保持 /%86. 3 根据电池并联的特性, 充放电循环时, 两单体电池的分电流 之和始终等于电池组的总电流, 而两单体电池的电压永远是相 等的, 因此其电池容量理论上满足: 总 = 1+ 2, 且并联后循环 寿命不会受到影响; 电池组的内阻也相当于两个分电阻并联, 因 此理论上也满足 1/总=1/1+1/ 2。 从表 3结果可知: 并联电池组内阻初步满足 1/ 总 =1/ 1+ 1/ 2, 相差 5. 2%, 可以解释为并联过程的接触电阻对电池组内 阻测试有影响; 并联
7、电池组容量初步满足: 总 = 1+ 2, 相差 0. 4%。 不同容量电池并联后, 循环性能正常。 2. 4 单体电池放电平台对并联电池组的影响 2. 4. 1 单体电池和并联电池组基本数据, 见表 4。 2. 4. 2 放电曲线 由于单体电池采用了不同的正极材料, 一是钴酸锂, 一是钴 镍锰酸锂, 两者的放电曲线明显不同 , 如图 2。 而如果正极采用 上述两种正极材料按 1：1混合( 实验中的 类电池) , 则 1 放 电曲线与并联后的电池组的放电曲线对比如图 3: 两者几乎是重 叠的。 即不同放电平台的电池并联后, 电池组的放电平台介于 两单体电池之间, 电池组的循环性能正常。 表 4
8、不同放电平台单体电池并联测试结果 电池类型 单体 1 ( 类电池) 单体 2 ( 类电池) 并联 电池组 1 放电 3. 6容量 / 6504581037 1 放电 3. 5容量 / 7345831311 1 放电 3. 4容量 / 8037041483 1 放电 3. 0容量 / 8348311648 1 循环 300周容量保持 /%-87. 3 图 3 不同正极单体并联电池组 1 放电曲线、 混合正极电池单体 1 放电曲线 2. 5 单体电池初始电压对并联电池组的影响 ( 1)单体电池和并联电池组测试结果 表 5 不同初始电压单体电池并联测试结果 电池类型 单体 1 ( 类电池) 单体 2
9、 ( 类电池) 并联 电池组 电压 /3 . 9423. 6923. 863 1放电容量/ 8358231639 1 循环 300周容量保持 /%87. 6 ( 2) 由于两单体电池电压相差较大 =250 , 并联后, 高 电压电池必定会向低电压电池充电, 充电流变化如图 4。 图 4 初始电压相差 250 单体电池并联后, 两电池间电流曲线 从图 4可知, 两单体电池 =250 时, 并联初始充放电 电流达到 1020 , 但只是瞬间, 10秒种后降到 780 。 电池组 循环性能正常, 该规格电池充电电流最大为 1 : 800 , 上述瞬间 ( 下转第 126页) 1132010年 38卷
10、第 3期广州化工 在 266 激光激发下, -1也表现出了发绿光的特性, 其发光 光谱具有典型的 2 + 2 的发光特征。 其特点是出现冠状的五个 发光峰。 依次是 503 , 525 , 549 , 575 和 604 。 主 峰位于 525 , 主峰两侧在 503 , 549 , 575 和 604 伴 有几个较弱的发光, 这与文献中亚磷酸铀晶体的发光光谱十分 相似( 如图 7) 。 图 7 - 1荧光光谱图 3 结 论 以异佛尔酮二胺为模板剂合成了亚磷酸铀 10242 ( 2) 2( 3)3 2, 其结构由 7单体、213二聚体以 及亚磷酸根构成, 7单体、213二聚体分别由亚磷酸根连接形 成两种相互平行交替排列的四元环长链, 这些链结构进一步由 亚磷酸根桥连成片层结构, 并堆积形成层状结构, 质子化的有机 胺和水嵌于层间。 有趣的是, -1中只含有顺式的异佛尔酮二 胺离子, 预示着 -1的合成实现了异佛尔酮二胺顺反异构体 的拆分。 荧光测试中, 化合物 -1在 266 激光激发下发出 强烈的绿光。 参考文献 1 . , . , . , . - . , 2006, 25: 1380 - 138. 2 , , . - , ,
