高比能長壽命鋰離子電池的研究
發(fā)布時間：2021-08-24 04:06
采用高密度NCA材料,通過正極材料的選型優(yōu)化,電極面密度、隔膜、電解液等重要電化學參數的設計優(yōu)化,成功制備2.852 Ah的18650電池,比能量達到252 Wh/kg。電池具有良好的倍率性能與循環(huán)壽命:1 C倍率的容量保持率大于99%;地面模擬LEO軌道循環(huán)壽命長達2年,并通過了《GJB6789-2009空間用鋰離子蓄電池通用規(guī)范》規(guī)定的環(huán)境適應性實驗。研制的高比能長壽命鋰離子電池可應用于商業(yè)航天等微系統(tǒng)衛(wèi)星電源系統(tǒng),滿足商業(yè)航天發(fā)展對航天器產品提出的輕小型、低功耗、高可靠的要求。
【文章來源】：電源技術. 2020,44(09)北大核心
【文章頁數】：3 頁
【部分圖文】：
圖２?不同電解液電池循環(huán)測試曲線??從加速循環(huán)壽命測試可知，３＃電解液表現(xiàn)出更好的循環(huán)??穩(wěn)定性，加速循環(huán)壽命測試５００次時，容量保持率為９３．６％
７．５??９９．３??９９．１??０．５?００．５?Ｃ１００％５００?周容量保持率／％??Ｂ５．２??９２．１??９１．４??從表１的數據可以看出￥三種高密度ＮＣＡ材料中，綜合??比容量發(fā)揮、循環(huán)壽命兩方面的因素，材料３＃更適合作為高??比能長壽命鋰離子電池的正極材料。??２．２電化學參數的優(yōu)化??２．２．１電極面密度的優(yōu)化??對Ａ、Ｂ兩種面密度電池進行倍率與循環(huán)壽命的對比，優(yōu)??化電池的面密度設計參數。Ａ、Ｂ兩種電池的倍率測試結果見??表２。Ａ、Ｂ兩種電池的加速壽命測試曲線見圖１。??表２?電池的倍率放電數據??０?２００?４００?６００?８００?１０００??循環(huán)次數??圖１?Ａ、Ｂ兩種面密度電池循環(huán)測試曲線??從表２倍率測試數據可以看出，Ａ、Ｂ兩種面密度設計的??電池在０．５?Ｃ、１?Ｃ倍率條件下沒有差異。從圖１的循環(huán)曲線??看，在循環(huán)到６００次時，電池Ａ的容量保持率為９１．５％，電池??Ｂ的容量保持率為８９．５％，低面密度Ａ具有更好的循環(huán)性能，??但兩種面密度電池的循環(huán)衰降趨勢基本相同。目前低軌衛(wèi)星??的放電倍率一般在１?Ｃ以下，所以對于高比能電池，在保證電??池性能的前提下，選擇高面密度的電極設計ｐ??２．２．２隔膜的優(yōu)化??對實驗電池進行電性能測試，測試結果見表３。??表３?不同隔膜電性能測試數據??材料??Ｔ??Ｐ??０＿２Ｃ?容量／Ａｈ??２．５２１??２．５２４??０．２?Ｃ?比能量／（Ｗｌｒｋｇ—１）??２２３??２３６??０．２Ｃ／１?Ｃ容量保持率／％??９９．１??９９．３??０．５?Ｃ／０．５?Ｃ?１００％ＺＸ？ｉ），５００?次容量保持率／％??９４．１??９１．２??從表
為１．４ｘ?ｌ（Ｔ？＞￣２．１ｘ??ｌＯｉＰａ＇ｍＶｓ，漏氣率均小于ｌｘ?ｌ〇－７ｐａ．ｍｙｓ，檢測結果滿足要??求。??參照《ＧＪＢ６７８９－２００９空間用鋰離子蓄電池通用規(guī)范》對??研制的電池進行穩(wěn)態(tài)加速、隨機振動、正弦振蕩、沖擊及熱真??空實驗。實驗過程中電池的電流及電壓均未發(fā)生突變，且實驗??完成后電池無任何機械損傷，檢測結果滿足要求，本文不再展??示放電曲線。??參照《ＧＪＢ６７８９－２００９空間用鋰離子蓄電池通用規(guī)范》對??研制的電池按照表５測試條件進行熱真空實驗，圖４為電池??在熱真空循環(huán)過程中首次低溫放電曲線與末次高溫充電曲??線。??表５?熱真空實驗條件??項目??要求??壓力／Ｐａ??１．３ｘｌ〇＿３??最高溫度／ｔ：??４５?士?３??最低溫度／°ｃ??－１０±３??循環(huán)次數??３??極端溫度停留時間／ｈ??４??３．０????０?１０００?２?０００?３?０００?４?０００??掃描時間／ｓ??圖４?熱真空首次低溫放電曲線與末次高溫充電曲線??如圖４所示電池在熱真空實驗過程中，充放電正常，實驗??后，蓄電池無變形、無開裂、無漏液。滿足空間環(huán)境適應性要??求。??３結論??通過對正極材料的選型優(yōu)化，電極面密度、隔膜、電解液??等重要電化學參數的設計優(yōu)化，電池密封結構的優(yōu)化，制備了??ＮＣＡ體系２．８５２?Ａｈ?１８６５０電池，電池比能量達到２５２?Ｗｈ／ｋｇ，??１Ｃ倍率放電容量保持率為９９．１％，地面模擬ＬＥＯ軌道壽命??長達２年以上，并且通過了《ＧＪＢ６７８９－２００９空間用鋰離子蓄??電池通用規(guī)范》的環(huán)境適應性實驗，可應用于微小衛(wèi)星電源系??統(tǒng)，滿足商業(yè)航
本文編號：3359244
【文章來源】：電源技術. 2020,44(09)北大核心
【文章頁數】：3 頁
【部分圖文】：
圖２?不同電解液電池循環(huán)測試曲線??從加速循環(huán)壽命測試可知，３＃電解液表現(xiàn)出更好的循環(huán)??穩(wěn)定性，加速循環(huán)壽命測試５００次時，容量保持率為９３．６％
７．５??９９．３??９９．１??０．５?００．５?Ｃ１００％５００?周容量保持率／％??Ｂ５．２??９２．１??９１．４??從表１的數據可以看出￥三種高密度ＮＣＡ材料中，綜合??比容量發(fā)揮、循環(huán)壽命兩方面的因素，材料３＃更適合作為高??比能長壽命鋰離子電池的正極材料。??２．２電化學參數的優(yōu)化??２．２．１電極面密度的優(yōu)化??對Ａ、Ｂ兩種面密度電池進行倍率與循環(huán)壽命的對比，優(yōu)??化電池的面密度設計參數。Ａ、Ｂ兩種電池的倍率測試結果見??表２。Ａ、Ｂ兩種電池的加速壽命測試曲線見圖１。??表２?電池的倍率放電數據??０?２００?４００?６００?８００?１０００??循環(huán)次數??圖１?Ａ、Ｂ兩種面密度電池循環(huán)測試曲線??從表２倍率測試數據可以看出，Ａ、Ｂ兩種面密度設計的??電池在０．５?Ｃ、１?Ｃ倍率條件下沒有差異。從圖１的循環(huán)曲線??看，在循環(huán)到６００次時，電池Ａ的容量保持率為９１．５％，電池??Ｂ的容量保持率為８９．５％，低面密度Ａ具有更好的循環(huán)性能，??但兩種面密度電池的循環(huán)衰降趨勢基本相同。目前低軌衛(wèi)星??的放電倍率一般在１?Ｃ以下，所以對于高比能電池，在保證電??池性能的前提下，選擇高面密度的電極設計ｐ??２．２．２隔膜的優(yōu)化??對實驗電池進行電性能測試，測試結果見表３。??表３?不同隔膜電性能測試數據??材料??Ｔ??Ｐ??０＿２Ｃ?容量／Ａｈ??２．５２１??２．５２４??０．２?Ｃ?比能量／（Ｗｌｒｋｇ—１）??２２３??２３６??０．２Ｃ／１?Ｃ容量保持率／％??９９．１??９９．３??０．５?Ｃ／０．５?Ｃ?１００％ＺＸ？ｉ），５００?次容量保持率／％??９４．１??９１．２??從表
為１．４ｘ?ｌ（Ｔ？＞￣２．１ｘ??ｌＯｉＰａ＇ｍＶｓ，漏氣率均小于ｌｘ?ｌ〇－７ｐａ．ｍｙｓ，檢測結果滿足要??求。??參照《ＧＪＢ６７８９－２００９空間用鋰離子蓄電池通用規(guī)范》對??研制的電池進行穩(wěn)態(tài)加速、隨機振動、正弦振蕩、沖擊及熱真??空實驗。實驗過程中電池的電流及電壓均未發(fā)生突變，且實驗??完成后電池無任何機械損傷，檢測結果滿足要求，本文不再展??示放電曲線。??參照《ＧＪＢ６７８９－２００９空間用鋰離子蓄電池通用規(guī)范》對??研制的電池按照表５測試條件進行熱真空實驗，圖４為電池??在熱真空循環(huán)過程中首次低溫放電曲線與末次高溫充電曲??線。??表５?熱真空實驗條件??項目??要求??壓力／Ｐａ??１．３ｘｌ〇＿３??最高溫度／ｔ：??４５?士?３??最低溫度／°ｃ??－１０±３??循環(huán)次數??３??極端溫度停留時間／ｈ??４??３．０????０?１０００?２?０００?３?０００?４?０００??掃描時間／ｓ??圖４?熱真空首次低溫放電曲線與末次高溫充電曲線??如圖４所示電池在熱真空實驗過程中，充放電正常，實驗??后，蓄電池無變形、無開裂、無漏液。滿足空間環(huán)境適應性要??求。??３結論??通過對正極材料的選型優(yōu)化，電極面密度、隔膜、電解液??等重要電化學參數的設計優(yōu)化，電池密封結構的優(yōu)化，制備了??ＮＣＡ體系２．８５２?Ａｈ?１８６５０電池，電池比能量達到２５２?Ｗｈ／ｋｇ，??１Ｃ倍率放電容量保持率為９９．１％，地面模擬ＬＥＯ軌道壽命??長達２年以上，并且通過了《ＧＪＢ６７８９－２００９空間用鋰離子蓄??電池通用規(guī)范》的環(huán)境適應性實驗，可應用于微小衛(wèi)星電源系??統(tǒng)，滿足商業(yè)航
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