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1、电动工具用磷酸亚铁锂锂离子电池的制备及性能电动工具用磷酸亚铁锂锂离子电池的制备及性能本文由 faith0720 贡献pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。锂离子及镍氢镍镉电池技术电动工具用磷酸亚铁锂锂离子电池的 制备及性能江苏海四达电源股份有限公司 王兴威 陈东 徐荷莲摘要：研制适用于电动工具用的型磷酸亚铁锂锂离子电池，该电池正极采用磷酸亚铁 锂，负极采用中间相碳微球。研究电池的制作工艺，使电池能在不同的环境下能完全放电，并 且具有良好的安全性能。电池在放电条件下循环次容量保持，条件下放电，容 量达到额定容量的以上。通过过充、短路、针刺、挤
2、压、重物撞击等安全测试，电池不起火， 不爆炸。可以在电动工具中得到使用。 关键词：磷酸亚铁锂；锂离子电池；电动工具；安全；高倍率由于圆柱形高功率镉镍蓄电池具有优异的高倍率放电 性能 在市场上占据主导地位，但由于存在污染问题正逐步退 出历史舞台，然而电动工具市场日益庞大，世界各国都在致 力于开发电动工具用的环保型锂离子电池来替代镍镉电池。 绿色环保的锂离子电池具有比能量高、比功率大自放电小、 充电效率高、工作温度宽、无环境污染等特点，性能远远优 于镍镉电池2。 近年来一些高功率设计的锂离子电池已经进入电动工具 的应用。在这些电池中采用了LiMn2O4 和三元材料，这些材料 的安全性差，在电动工具
3、中的使用受到限制。而橄榄石结构 的 LiFePO4 自被报道以来，已经取得一系列的研究成果3，国 内外一些制造商已经开始批量生产 LiFePO 4，为以 LiFePO4 为 正极材料的动力电池生产化铺平了道路 。我们采用磷酸亚铁 锂作为正极材料，对电池的制作工艺进行了研究，自主研制 了容量为 l100mAh 的可以用在电动工具中的 18650 型锂离子电 池，现将电池的制作工艺及性能进行介绍。1实验电池的设计以 18650 电池为例，电池要求高倍率放电，采用多极耳， 厚基带，同时在组合盖帽中不用 PTC，增加导电剂的量。焊 接采用超声焊接。底部用点焊连接。铜箔外包，增加负极与 钢壳的接触面积，
4、减少电池的欧姆内阻。电池的制备用苏州恒正科技有限公司生产的 D1S 型磷酸亚铁锂作为 正极活性物质、上海杉杉科技有限公司生产的 G10 型中间相碳 微球作为负极活性物质，隔膜是 Celgard2320，电解液是张家 港市国泰华荣化工新材料有限公司生产的 LiPF6，用特殊结构 的组合盖帽，按照定的工艺要求制备成动力型 18650 磷酸亚 铁锂锂离子电池。性能测试用 BS9360 电池性能测试仪对单体电池进行性能测试。用电池技术 年月刊锂离子及镍氢镍镉电池技术 HIOKI3554 电池内阻测试仪测试电池内阻。OZ-702 检测仪测试 单体电池高温性能，OZ-E-2250 检测仪测试单体电池低温性
5、能。池容量要高出 100mAh 左右，各种倍率放电时表面温度高出 5-7。因为两根极耳极片要长，活性物质多。而 3 根极耳的 电池内阻比 2根极耳的电池小约 25%，电池在倍率放电时表面 温度明显下降。 讨论电池的充放电特性单体电池在常温下以 lC 恒流充电到 3.65V 转为恒压充电， 截止电流为 0.02C，然后以 1100mA 恒流放电到 2.0V，图 1 为电 池的lC 充放电曲线。充电总时间为 113min，恒流充电时间为 54.22min，充电容量为 994.88mAh，占充电总量的 85%。电池的倍率放电性能电动工具用锂离子电池要求电池具有良好的倍率发电性 能，并且具有超高倍率(
6、30C 以上)的脉冲放电性能。图 2 给出 了不同倍率的放电性能，放电终止电压为 2.0V。电池在不同 倍率放电时随着倍率的增加，放电平台逐渐下降，但电池在 10C 倍率下仍具有3.05V 的高平台，20C 能完全放电，表示电 池具有良好的倍率放电性能。 为了研究极耳的数量与电池倍率性能的关系时，在同一 涂布面密度的条件下分别制作了正负极耳都为 2 根和正负极耳 都为 3根的电池，并对电池在不同倍率下放电时的表面温度进 行了测试。正极两个极耳；负极两个极耳图 正极三个极耳；负极三个极耳 图 同一面密度不同极耳数量不同倍率放电时温度曲线电池的高低温性能图电池的充放电曲线图 电池在不同温度下放电曲
7、线电动工具用的锂离子电池使用的温度范围较广，一般在 -2055条件下电池能正常使用。我们通过改进配方，调 整电池结构，优化电解液组分等方法提高了电池的高低温性图 电池的不同倍率放电曲线能，使电池在不同温度下能 10C 倍率完全放电。将电池在标 准条件下充满电，放在恒温箱中搁置 8h，在此条件下 10放 电到2.0V。图 4 是电池在不同温度下 10C 放电曲线。从图中可图 3 是两种电池在不同倍率下放电时电池表面温度的变 化曲线，正负极耳都是 2 根的电池比正负极耳都是 3 根的电电池技术 年月刊锂离子及镍氢镍镉电池技术 以看出，在-10、-15、-20进行测试时电池电压出现明 显低头，但没有
8、达到电池放电设置的最低电压，接着由于电 池的温度有所上升，电池的电压有所抬头，电池又能正常放 电。在-20时电池电压跌至 2.2V 左右，接近 2.0V，影响电池 的放电性能。安全测试锂离子电池在电动工具中使用时都采用保护板对电池进 行安全保护，但在实际使用时保护板不可能达到 100%的可靠 性。且还有可能碰到充电器故障或其他种种意外。这就要求 锂离子电池必须具有良好的滥用及意外情况的承受能力。我 们在电动工具用磷酸亚铁锂锂离子电池开发过程中对电池进 行了过充、短路、针刺、挤压、重物撞击等项目的测试。图 内阻分布图电池的荷电保持将电池按照 1C 充满电，常温下搁置 28d，之后将电池用 1C
9、倍率进行放电，结果列于表 1。由表 1 可见，电池的荷电保 持率达到90%以上。 表 电池荷电保持图 电池循环曲线图 电池过充曲线过充将电池用 1C 充满电，按照 3C 过充 10V 进行过充试验，图 7 是电池过充时电压变化曲线。从图中可以看出，当电池过充 时电压上升到 4.8V 时稳定一段时间，接近 9 分钟时电池电压快电池的内阻用 HIOKI3554 电池内阻测试仪测试电池内阻，随机抽检 1000支电池内阻，内阻分布见图 5，其中 8.09.9m 内阻的电 池占电池总数的 98%以上。速上升，当上升到 7V 时，电池高帽拉断，电压快速跌至 0V。 电池没有起火、爆炸。短路将电池充满电后用
10、电阻不大于 50m 的导线将电池正负 极短路，测量电池的表面温度变化，电池表面最高温度为 140，电池盖帽拉开，电池不起火、不爆炸。循环测试电池在 233条件下，用 1C 充 10C 放，电压范围为 3.65 2.0V，进行循环测试。图 6 是电池的循环曲线，循环 400 次，容量保持 80%，电池具有良好的高倍率循环性能。针刺将充满电的电池固定在夹具上，用直径 3mm 的钢针沿径向电池技术 年月刊锂离子及镍氢镍镉电池技术 将电池刺穿。图 8 是电池针刺的状况。电池不起火，不爆炸。 将充满电的电池放在一个平面上，由油压缸施与 13+1KN 的挤压力，由直径为 32mm 的钢棒平面挤压电池，一旦
11、挤压压 力达到最大停止挤压。图 9 是电池挤压的状况。电池不起火， 不爆炸。重物撞击电池充满电后，放置一个平面上，将直径 15.8mm 的钢柱 垂直置于电池中心，将重量 9.1 kg 的重物从 610mm 的高度自由 落到电池上方的钢柱上。图 10 时重物撞击后电池的现状。电 池不起火、不爆炸。图 电池针剌状况图挤压图 电池重物撞击状况图结论我们研制的电动工具用的磷酸亚铁锂锂离子电池能 20C 持 续放电，30C 脉冲放电，在高温 55和低温-20条件下 10C 连 续放电，容量分别达到额定容量的 95%和 85%以上，具有良好 的高低温性能。电池常温搁置 28d 荷电保持 90%以上。交流内 阻不大于 10m。电池在常温下 10C 循环 400 次容量保持 80% 以上，高倍率循环性能优越，且具有较高的安全性，能满足 电动工具的需要。参考文献：唐琛明，李晓忠电动工具用高速充电型蓄电 池的研制 电源技术，（）： 孟蕊，邱瑞珍，高俊奎电动工具用锂离子电池的开发 和性能研究 电源技术，（）： 刘旭恒，赵中伟，李洪桂。锂离子蓄电池正极材料图 电池挤压状况图的改性研究 电源技术，（）：电池技术 年月刊1
