鋰離子蓄電池鋁殼合金分對電池性能的影響

1、鋰離子蓄電池鋁殼合金分對電池性能的影響目前鋰離子蓄電池應(yīng)用比較廣泛，它以比能量高及設(shè)計靈便為主要特點(diǎn)，現(xiàn)在比起其它體系的電池，鋰離子蓄電池在便攜式電池中占63%的銷售值。這就是人們?yōu)楹卧诨驹砗蛻?yīng)用上特殊關(guān)注鋰離子蓄電池的緣由2。其中鋁殼鋰離子蓄電池應(yīng)用較多，現(xiàn)在鋁殼鋰離子蓄電池主要有方角和圓角兩種。鋁殼材質(zhì)普通為鋁錳合金。它含有的主要合金成分有mn、cu、mg、si、fe。這些成分的主要作用是：cu和mg提高強(qiáng)度和硬度，尤其可以使鋁合金具有時效硬化的特性，使之通過處理而顯著強(qiáng)化;mn主要提高耐腐蝕性;si增加含鎂鋁合金的熱處理強(qiáng)化效果;fe可以提高高溫強(qiáng)度。合金成分含量不同，對電池殼的影響

2、也不同。試驗證實，提高cu和mg的含量會改進(jìn)電池殼的強(qiáng)度和硬度，抵制電池的鼓脹，也進(jìn)一步影響電池性能。我們以053450 a/860方角鋁殼鋰離子蓄電池為討論對象，討論分析了殼材質(zhì)合金含量對電池及性能的影響。1 試驗1.1試驗電池的制作053450 a/860電池，殼壁厚0.25 mm，形狀厚5.0 mm，最大偏差不大于0.05 mm。此型號電池制作工藝較成熟，電池殼薄厚居中，芯入殼松緊適中，因此以它為例來解釋殼材質(zhì)成分對電池的影響。表1是鋁材的三種不同合金成分，分離制作此三種材質(zhì)的053450 a殼各100只，每種材質(zhì)殼的代號分離為053450 a 1、053450 a 2、053450 a

3、 3。各取50只殼舉行材質(zhì)性能檢測，分離測定材質(zhì)硬度及材質(zhì)鼓脹狀況，三種合金成分鋁材的殼硬度分離為46.78、52.3 6、6 1.49 hv;殼鼓脹量分離為0.98、0.75、0.61 mm。需要解釋的是測硬度的儀器采納維氏硬度計，測量前要挑選較光潔、平整的殼壁，否則會影響測量值;材質(zhì)的鼓脹量試驗是在對電池殼舉行封口時，從注液孔注入相同氣壓測量同一位置的鼓脹值得到的。表2是測量得到的這100只電池殼的形狀尺寸平均值，可見殼形狀尺寸基本全都。根據(jù)正常生產(chǎn)工藝，涂布正、負(fù)極片并壓光，保證壓光厚度全都，并分切成寬度全都的小片。選用1 6 m隔膜，經(jīng)相同尺寸卷針卷繞成電芯。在注液工序注入等量的電解液

4、，然后舉行化成、分選，并進(jìn)入老化庫老化?？傊?，確保這150只試驗電池填充物全都，執(zhí)行工藝全都。老化后的成品電池厚度平均值分離為5.20、 5.1 4、5.1 0 mm，膨脹系數(shù)平均值分離為1.03 8、1.024、1.018。1.2 三種材質(zhì)殼與電芯上蓋的可焊性試驗分離取三種材質(zhì)殼053450 a各1 000只，用法相同廠家相同批次的相應(yīng)立焊電池上蓋與殼協(xié)作，然后用法同一臺激光焊機(jī)采納同一參數(shù)舉行封口焊接。焊接過程中記錄熔深、焊縫高度和焊漏電池只數(shù)。表3是焊接結(jié)果。1.3 電池容量的測定用法宏圓鋰離子蓄電池自動檢測裝置舉行化成及分選。試驗電池先是1 c恒流充電到4.2 v，然后是恒壓充電至20

5、ma，時光大約為3 h?；墒菫榱耸关?fù)極材料表面形成勻稱的sei膜。試驗電池化成充電后，停置l 0 min再以0.2 c恒流放電到3.0 v，在設(shè)計容量均為860 mah的狀況下，測得的電池實際容量平均值分離為877、892、910 mah。1.4 電池內(nèi)阻的測定電池的內(nèi)阻是指通過電池內(nèi)部所受到的阻力，包括歐姆和電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的極化電阻。電池的內(nèi)阻與電池的荷電狀態(tài)有關(guān)，充電態(tài)與放電態(tài)的內(nèi)阻有一定的區(qū)分。表4是dk 3000 a電阻測試儀測得的試驗電池充電態(tài)的內(nèi)阻。1.5 電池放電曲線電池的放電又稱工作電壓，是衡量電池工作能力的一個指標(biāo)。圖1是三種試驗電池分離以放電電壓作縱坐標(biāo)，以放量作橫坐標(biāo)繪

6、制電壓隨容量變幻的放電曲線。充放電制度為1 c恒流充電到4.2 v，再恒壓充電3 h，0.2 c恒流放電到3.0 v。1.6 電池循環(huán)壽命曲線電池的循環(huán)壽命是衡量電池性能的重要指標(biāo)，是指在一定的充放電制度下，電池容量降至某一規(guī)定值之前，電池所能承受的循環(huán)次數(shù)。在本試驗中，三種試驗電池分離舉行了300次循環(huán)，根據(jù)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，容量衰減應(yīng)不低于初始容量的80%。圖2是試驗電池的300次循環(huán)曲線。2 結(jié)果與研究2.1 合金含量對電池殼強(qiáng)度和硬度的影響053450 a 3電池殼的cu和mg合金含量略多于053450a 2和053450 a 1，測得電池殼的強(qiáng)度和硬度也略高于另兩個規(guī)格，見1.1節(jié)。增強(qiáng)cu

7、和mg的合金含量可以提高電池殼的強(qiáng)度和硬度。2.2 三種材質(zhì)對封口焊接的影響從試驗數(shù)據(jù)里的熔深、焊縫高度和焊漏電池只數(shù)可以看出，這三種材質(zhì)與電池上蓋的激光可焊性基本一樣。053450a 3材質(zhì)中cu和mg的含量較其它兩種材質(zhì)略多，從試驗數(shù)據(jù)看，cu和mg的含量增強(qiáng)沒有影響生產(chǎn)用法中的可焊性。2.3 電池殼合金含量對電池性能的影響鋰離子蓄電池在初次放電時會在電解液和電極表面形成一層穩(wěn)定的、具有庇護(hù)作用的鈍化膜(solid electrolyte inter-face，簡稱sei膜)，形成的鈍化膜對電極、電池性能和不行逆比容量損失起著重要作用。它可以將電解液與電極隔開，消退(或削減)溶劑和陰離子從

8、電解液轉(zhuǎn)入電極，阻擋溶劑分子的共嵌入，而又允許li+嵌入和脫嵌，起庇護(hù)電極作用。在sei膜形成過程中，生成hf、短鏈r-h、co2、co等氣體，電解液溶劑分解產(chǎn)憤怒體r-h等。sei膜生成以后，水的存在又會使lipf6分解生成hf氣體。這些氣體的產(chǎn)生會使電池的內(nèi)壓增大，逐漸增多的內(nèi)壓有讓電池殼壁向外鼓的趨勢。殼抵制側(cè)鼓的能力不同，相應(yīng)的電池性能也不同。 由1.1節(jié)可知，053450 a 3與原殼厚相比的膨脹系數(shù)為1.018，低于053450 a 1和053450 a 2兩個規(guī)格。膨脹系數(shù)小，電池殼的鼓脹就小，電池的厚度就相應(yīng)小一些，053450 a 3的成品電池厚度較其它兩個規(guī)格的厚度小。在這

9、里控制電池殼膨脹的主要因素是殼的cu和mg合金含量。053450 a 3的殼合金含量比其它兩個規(guī)格略高，尤其是mg的含量。在電池設(shè)計時，基本保證卷芯入殼的松緊度(也叫電池的裝配比)為85%。電池的松緊度普通控制在80%90%。在相同的外界條件下，基本保證了三種試驗電池內(nèi)部水分相同，也就是說三種試驗電池的內(nèi)壓基本相同。由試驗數(shù)據(jù)可知：053450 a 3電池殼抵制內(nèi)壓的能力大一些，側(cè)鼓較小，而053450 a 1和053450 a 2電池殼抵制內(nèi)壓的能力小一些，側(cè)鼓較大。鋰離子蓄電池是一種鋰離子濃差電池，充放電時li+在正負(fù)極間脫嵌與嵌入，正極材料lixcoo2在li+脫嵌過程中(x從1減小到0

10、.4)，層間距從0.465 nm增大到0.485 nm，正極體積膨脹;負(fù)極材料石墨在li+嵌入過程中，石墨層間距d002從0.345 4 nm增大到0.370 6 nm(lic6)，負(fù)極體積膨脹。鋰離子在電場的作用下舉行電遷移。在鋰離子的遷移數(shù)不變時，鋰離子的電遷流量隨電池內(nèi)部幾何外形的轉(zhuǎn)變而不同。殼體膨脹，正、負(fù)極片之間間距增大，鋰離子遷移速率變慢，遷移困難，溶液的電導(dǎo)率發(fā)生質(zhì)的轉(zhuǎn)變。053450 a 3電池在殼壁的抵制下內(nèi)部體積變幻較小，鋰離子的遷移速率比053450 a 1和053450 a 2大，相應(yīng)的溶液電導(dǎo)率較大，這可以反映在電池的內(nèi)阻上，053450 a 3電池內(nèi)阻略小于另兩規(guī)格。內(nèi)阻小，不行逆比容量損失少，電池釋放容量較多，循環(huán)壽命也相應(yīng)較高。這也是053450 a3電池的放電比容量和循環(huán)壽命略高于053450 a 1和053450 a 2的緣由。值得一提的是，三種規(guī)格電池的放電平臺沒有太大區(qū)分。3 結(jié)論鋰離子蓄電池殼的鋁合金含量對電池的性能有影響，不同的合金含量對電池的鼓脹和性能影響不同，尤其cu和mg的含量影響更大一些。在芯人殼松緊度一定狀況下，較多