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【軟件】
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2013-1-8 12:00:45 |
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1.2 主要測試儀器
采用BS-9088K-3A鋰離子電池自動檢測裝置(廣州產)對電池進行化成和分容；采用BK-7024L/60可充電電池檢測設備(廣州產)對電池進行倍率放電性能的檢測；采用熱電偶檢測倍率放電時的電池表面溫度。
通過對電池ND-1與ND-3倍率放電曲線的比較可見，10mm寬的極耳在40A放電時，極耳附近區域的電化學極化較大，從而影響了電池的倍率放電性能，這說明采用較寬尺寸的極耳有利于改善電池的倍率放電性能。通過對比圖1中ND-1 與ND-2倍率放電曲線可見，相同尺寸不同材質的極耳同樣會對電池的倍率放電性能有很大影響，負極耳采用銅鍍鎳材料的電池有較好的倍率放電性能。
2.2極耳引出方式對電池倍率放電性能的影響
在高倍率放電條件下，不同的電池結構，極耳的設計方法也不同。卷繞結構的鋰離子電池可在電極極片上多焊接幾個極耳，這樣在高倍率放電初期，電池內部就會有多個區域內阻較小，電流密度較大，反應速度較快，從而緩解單極耳情況下的劇烈反應。而疊片結構的鋰離子電池可在電極極片反向各設計一個極耳，疊片時極耳從電池反向引出，每側各有一個正極耳和一個負極耳，然后再將正極極耳之間電連接，負極極耳之間電連接，從而達到大電流放電時，電流分布均勻的目的[6]。
對于固定型號尺寸的卷繞結構鋰離子電池，采用多極耳會降低電池的額定容量，而且極耳數量增加的話，會增加鋁塑膜的熱封難度，鋁塑膜與極耳之間容易出現預封不良現象，從而導致電池產生短路、脹氣和漏液的隱患。對于疊片結構鋰離子電池，極耳也只能從反向再引出一對，它同樣也存在鋁塑膜熱封困難的問題[7]。在電池極耳設計時，一般采用一正一負的極耳設計方法，然而對于長寬比例大的電池型號，如果采用同側出極耳的方式，極耳的寬度尺寸將會受到很大的限制，從而不能滿足電池最大放電電流的要求，此時極耳的引出方式，可采用正、負極耳反向引出。
通過改變正、負極極耳的引出方式來研究電池20C倍率放電性能。將ND-1和ND-4電池20C倍率恒流放電至2.75V，得到電池20C倍率放電曲線圖3。
極耳對鋰離子電池倍率性能的影響
2.3銅鍍鎳負極耳對電池倍率放電性能的影響
目前大部分研究者通過對電極設計、正負極材料的選擇、正負極和電解液配方的優化來提高電池的倍率放電性能。程建聰等人對各種影響電池倍率性能的因素進行了優化組合，制成了額定容量為1100mAh的電池，該電池在20C倍率放電時，電池表面最高溫度為75℃，而23 C倍率放電時，電池表面最高溫度為83℃[8]。這說明采用以上改善措施雖然能夠提高電池的倍率放電性能，但是不能解決電池發熱嚴重的問題，所以要提高電池的散熱速率，還需要從電池設計方面進行研究。
由圖4可見，電池在20C、25C和30C倍率放電時，電池表面最高溫度依次為61℃、67℃和75℃。而電池外表面的溫度變化是由電池內部的發熱狀況引起的，負極采用銅鍍鎳極耳能有效提高電池的散熱速率，從而緩解電池表面的發熱嚴重現象。
由圖5可見，隨著放電倍率的提高，電池的放電平臺逐漸降低，但是倍率放電容量減少幅度較小，而且在30C倍率放電時電池也沒有出現脹氣現象，這說明電池具有良好的倍率放電性能。分析認為在高倍率放電時，采用銅鍍鎳負極耳，能夠有效提高電池的散熱速率，從而改善電池的倍率放電性能。另外，隨著放電倍率的提高，鋰離子在電解液中的傳導速率和在極片中的擴散速率也會增加，從而電池的高倍率放電性能也會提高。
圖6是ND-1電池20C和25C倍率放電的循環壽命圖，其充放電制度為：1C恒流充電至4.2V，恒壓充電至電流小于等于0.05C，然后恒流20C和25C倍率放電至2.75V。
由圖6可見，隨著放電倍率的提高，電池的容量衰減率增加。ND-1電池20C倍率循環300周，容量保持率為80%，25C倍率循環200周，容量保持率為78%。該電池具有良好的高倍率循環性能，能夠滿足高倍率放電環境的需要。
本文通過一系列實驗研究，結果表明改變電池內部的極耳設計能夠有效改善鋰離子電池的高倍率放電性能。負極采用銅鍍鎳極耳，在高倍率放電過程中，能有效降低電池的極化，改善電池的倍率放電性能，降低電池表面的溫度，從而進一步改善電池的倍率循環壽命。
參考文獻：
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[8] 程建聰, 陳性保, 董全峰. 聚合物鋰離子電池的高倍率放電性能研究[J]. 電池, 2007, 37(5): 329-332.[url= http://www.whtlhgdq.com/]串聯諧振[/url] 串聯諧振
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