高功率型磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的研制

　　[摘 要]隨著我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不斷推進(jìn)，高功率型磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，其在滿足動(dòng)力汽車安全運(yùn)行的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了社會(huì)工業(yè)的低碳經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)。所以，要想使該動(dòng)力電池技術(shù)得到更好的提升，就要對(duì)其整體設(shè)計(jì)和制造工藝進(jìn)行深入的研究。
　　[關(guān)鍵詞]高功率型磷酸鐵鋰；動(dòng)力電池；研究分析
　　中圖分類號(hào)：S383 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）24-0278-02
　　高功率型磷酸鐵鋰電池的主要制作材料主要以正極材料為主（LiFePO4），其不僅具有高效的循環(huán)使用壽命和熱穩(wěn)定性能，而且生產(chǎn)資源也是十分豐富，在經(jīng)濟(jì)層面和環(huán)保層面上，也有著一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)�，F(xiàn)階段，我國(guó)國(guó)產(chǎn)混合動(dòng)力汽車，都是依托高功率型磷酸鐵鋰電池，才能實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)的運(yùn)行。但是在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，也會(huì)存有很多不完善的地方，所以，為了促進(jìn)該電池得到更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，本文也會(huì)對(duì)其整體研制過(guò)程進(jìn)行全面的分析，進(jìn)以根據(jù)分析結(jié)果，提出一些可行性的優(yōu)化措施，以便為有關(guān)單位作為參考。
　　1.鋰離子電池工作原理和組成結(jié)構(gòu)
　　1.1 工作原理
　　眾所周知，電池可以分為一次電池和二次電池兩種類型，其中，一次電池的特性是在電量使用完畢后，無(wú)法通過(guò)再充電進(jìn)行恢復(fù)；而二次電池則具有較強(qiáng)的循環(huán)使用功能，其在一次放電完畢后，還可以進(jìn)行反復(fù)的充電、放電，使用壽命十分長(zhǎng)遠(yuǎn)。現(xiàn)階段，二次電池的應(yīng)用范圍較為突出，其生產(chǎn)類型也是多種多樣，常見(jiàn)的有：鉛酸電池、鎳福電池、鎳氫電池和鋰離子電池等。在這些電池中，尤以鋰離子電池最受歡迎，已成為全世界公認(rèn)的綜合性能最優(yōu)異的二次電池體系。
　　1.2 組成結(jié)構(gòu)
　　鋰離子電池的組成結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，主要包括：正極、負(fù)極、隔膜、電解液和電池外殼等構(gòu)造，其生產(chǎn)類型一般可分為L(zhǎng)IB液態(tài)鋰離子電池及PLIB聚合物鋰離子電池兩種形式，兩者的差異主要是電解質(zhì)不一樣，但工作原理卻是基本相同，如圖1所示。
　　鋰離子電池的正極是由多種鋰化合物活性材料所構(gòu)成，如：LiCo02、LiMn204、LiFeP04等材料；負(fù)極則是由炭系材料天然石墨或人造石墨等活性物質(zhì)所組成；電解質(zhì)則主要以溶解LiPF6等鋰鹽的有機(jī)電解液為主，其工作原理屬于名副其實(shí)的濃度差鋰離子電池。
　　鋰離子電池在實(shí)際充電時(shí)，Li+會(huì)從正極材料中脫離出來(lái)，經(jīng)過(guò)電解液和隔膜直接遷移到負(fù)極材料中，進(jìn)而使電池負(fù)極處于富鋰態(tài)、正極處于貧鋰態(tài)，這樣電子的補(bǔ)償電荷就會(huì)通過(guò)外電路提供給電池負(fù)極，使其保持良好的充電效果。相對(duì)，電池的放電程序，則是Li+從負(fù)極材料中脫離出來(lái)，經(jīng)過(guò)電解液和隔膜直接遷移到正極材料中，進(jìn)以使電池正極處于富鋰態(tài)、負(fù)極處于貧鋰態(tài)，這樣電子的補(bǔ)償電荷就會(huì)通過(guò)外電路提供給電池正極，使其放電效率得到有效的延緩。
　　由此可見(jiàn)，無(wú)論鋰電池充電還是放電，其中內(nèi)含的Li+都會(huì)從正負(fù)極活性材料中脫離出來(lái)，且不會(huì)對(duì)材料晶體結(jié)構(gòu)造成任何破壞。同時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生任何金屬鋰的沉積，可以始終保持良好的循環(huán)性能和安全性能，從化學(xué)角度來(lái)看，這種電池的工作原理屬于較為理想的可逆性電化學(xué)反應(yīng)，因此，適宜于在動(dòng)力汽車控制系統(tǒng)中大力采用。
　　2.鋰電池的組裝流程及化學(xué)性能
　　2.1 組裝流程
　　高功率磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，也可稱為L(zhǎng)iFeP04動(dòng)力電池，其具體組裝流程如圖2所示，主要是先組裝正負(fù)極片的檢片、焊極耳和吸塵，然后再組裝正負(fù)極片和隔膜，并嚴(yán)格按照相應(yīng)的操作規(guī)范和組裝要求，來(lái)合理設(shè)置卷繞成卷芯，在其沖壓裝殼后，還要對(duì)正負(fù)極和蓋帽進(jìn)行緊密的焊接。最后，要對(duì)電池進(jìn)行脫氣處理，在處理完畢后向其內(nèi)部注入適宜的電解液，封蓋后放置在干燥通風(fēng)的儲(chǔ)存環(huán)境中擱置。
　　2.2 化學(xué)性能
　　2.2.1 恒流充放電性能
　　高功率磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的恒流充放電性能，應(yīng)采用BTS-5V400A
　　電池綜合性能檢測(cè)儀來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，正常情況下，其標(biāo)準(zhǔn)值為2.50-3.65V，溫度值為20℃±50℃。
　　2.2.2 循環(huán)伏安性能
　　循環(huán)伏安法性能的檢測(cè)，是將對(duì)稱三角波掃描電壓加在固定面積的工作電極和參比電極之間，然后根據(jù)電壓和電流關(guān)系曲線圖上的波形、氧化還原峰電位和氧化還原峰電流的數(shù)值及其比值等，推斷出電極反應(yīng)機(jī)理和循環(huán)伏安性能。一般情況下，鋰電池正極材料的電壓測(cè)試范圍為2.3-4.2V。
　　2.2.3 交流阻抗性能
　　鋰電池交流阻抗性能測(cè)試，主要是將不同小振幅頻率的交流正弦電勢(shì)波施加到電化學(xué)系統(tǒng)上，然后通過(guò)測(cè)量電流信號(hào)與交流電勢(shì)之間的比值，來(lái)分析正弦波頻率的變化規(guī)律，這樣根據(jù)電池等效電路的構(gòu)成和各元件大小，就可推測(cè)出電池的具體交流阻抗性能。
　　3.鋰電池的關(guān)鍵制備技術(shù)
　　3.1 電極及電池設(shè)計(jì)
　　一般情況下，高功率單體動(dòng)力電池只有在達(dá)到一定容量的基礎(chǔ)上，才能發(fā)揮出高倍率放電功能，而為了避免單體電池在串并聯(lián)后會(huì)發(fā)生離散現(xiàn)象，在對(duì)其電極及電池進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用以下幾種工藝技術(shù)：
　　第一，正極活性材料要以LiZr0.03Fe0.94P04/C為主，負(fù)極活性材料以中間相炭微球材料為主。
　　第二，為了控制大電流充放電時(shí)負(fù)極影響大于正極影響的情況發(fā)生，應(yīng)采用雙面粗糙度相同的銅箔，來(lái)進(jìn)行電池漿料涂布、碾壓及分條工序，以便可以最大化提升鋰電池的抗張力和抗斷裂性能。
　　第三，涂布后活性物質(zhì)時(shí)，為了使基體銅箔和鋁箔的附著力得到最大化增強(qiáng)，應(yīng)盡采用大分子量的粘結(jié)劑，這樣才能延長(zhǎng)電池的大電流充放電時(shí)間，避免其在充放電循環(huán)后出現(xiàn)極片掉料的情況。
　　第四，為了提升鋰電池的導(dǎo)電性，要采用Ks6和鱗片石墨以質(zhì)量比1：1混合而成的導(dǎo)電劑，這樣才能降低電池充放電過(guò)程中的歐姆極化，增強(qiáng)Ks6和鱗片石墨顆粒間的接觸，使電池的導(dǎo)電性達(dá)到最高標(biāo)準(zhǔn)。

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