鈦酸鋰電池脹氣程度與循環(huán)性能的關(guān)系分析

李欣穎

摘 要：結(jié)合了鈦酸鋰材料循環(huán)的穩(wěn)定性較高、鈦酸鋰產(chǎn)氣較慢的因素，采用了高溫環(huán)境加速鈦酸鋰電池的脹氣效果、電池循環(huán)壽命衰減，采用了倆種不同類型的鈦酸鋰電池進(jìn)行實驗，明晰了不同種類太酸電池的脹氣程度間的區(qū)別，分析了鈦酸鋰電池脹氣程度與循環(huán)性能的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：鈦酸鋰電池;脹氣程度;循環(huán)性能;關(guān)系;分析

引言：

鈦酸鋰電池具備良好的安全性、零應(yīng)變、電化學(xué)性能突出等優(yōu)點的同時，對溫度的適應(yīng)度也較為廣泛。導(dǎo)致了鈦酸鋰電池成為現(xiàn)階段商業(yè)化研究中主要研究方向之一。但鈦酸鋰電池在使用中，會出現(xiàn)持續(xù)產(chǎn)出H2、CO、CO2等氣體，導(dǎo)致了鋰電池出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，影響了正負(fù)極接觸，對電池阻抗值造成一定影響的同時，影響了電池的性能，甚至于出現(xiàn)熱失控、爆炸等安全問題。

1.實驗概述

1.1實驗方法

此次實驗采用了兩種容量不同的鈦酸鋰電池進(jìn)行實驗。在實驗開始前，對兩種容量不同的鈦酸鋰電池進(jìn)行標(biāo)記。1號電池對應(yīng)的正極體系為鈷酸鋰;2號電池對應(yīng)的正極體系為錳酸鋰。在1C倍率、30攝氏度的條件下，采取了排水法進(jìn)行處理，分別對兩種鈦酸鋰電池進(jìn)行實驗。首先，在1C倍率、30攝氏度的條件下，對鈦酸鋰電池進(jìn)行充放處理，結(jié)合實驗情況，對其進(jìn)行容量標(biāo)定;其次，將溫度提升至60攝氏度，對其進(jìn)行充放電的循環(huán)測試。循環(huán)次數(shù)標(biāo)定200次，每經(jīng)歷200次的循環(huán)分別對1號電池、2號電池的體積、容量變化進(jìn)行測試，統(tǒng)計電池在此循環(huán)下容量所產(chǎn)生的變化，進(jìn)而計算得出電池的容量保持率[1]。

1.2脹氣實驗

1.2.1測試原理

如下圖所示。

對電池、水槽以及水進(jìn)行的受力進(jìn)行分析。實驗過程中，電池的自重量應(yīng)大于水對電池的浮力，得到了如下公式：

F1=PGV=mg （5）

F2=F3-G? （5）

F1=F2? ? ? ? （5）

F3-G=pgV=mg? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

1（g/mL）×V（mL）=m（g） （5）

式中：

F1為水對電池的浮力;F2為電池對水的浮力的反應(yīng)作用;p為水的密度;G為水、水槽的重力;F3為秤遭受水槽的支持力;g為重力常數(shù);V為排開水的體積;m為排開水的質(zhì)量。

結(jié)合式（5）我們可以得出，電池膨脹的體積在數(shù)值上，等于電池浸沒水中的質(zhì)量變化。將體積測試后轉(zhuǎn)化為質(zhì)量測試，有效地規(guī)避了傳統(tǒng)測試法對電池脹氣的體積測試的差異、誤差。

1.2.2 實驗過程

依托上述測試原理進(jìn)行測試，對電池的脹氣體積進(jìn)行了測試。

1）利用排水法測試未循環(huán)的倆組電池的原始體積

2）電池每循環(huán)充放電200次，對其進(jìn)行了體積測試

3）充放電循環(huán)后的電池體積，減去改電池的原始體積，得出了電池產(chǎn)生氣體的體積。

2.結(jié)果與討論

2.1實驗數(shù)據(jù)

2.1.1電池容量

實驗采用的1號、2號電池標(biāo)定容量為22.6Ah、19.8Ah，以200次為循環(huán)標(biāo)定，測試到1400停止。詳細(xì)結(jié)果如表1所示。

2.1.2電池脹氣

通過脹氣體積測試，得出了1號、2號電池的初始體積，即313.25、227.64，經(jīng)過每200次循環(huán)完成的測試體積，結(jié)合了初始體積進(jìn)行計算，得出了200次循環(huán)下電池膨脹體積的電池的脹氣率。如表2所示。

經(jīng)過對1號、2號的分別測試，與循環(huán)前的相比，存在明顯的脹氣現(xiàn)象。

2.2實驗討論

1）鈦酸鋰電池在電池高溫下實驗，受到了高溫加速老化作用、電池脹氣的影響，捯飭了保持率衰減較快。

2）兩種電池在循環(huán)過程中，電池的脹氣率呈線性增長。

3）高溫下，電池脹氣率對鈦酸鋰電池循環(huán)性能的影響存在閥值。電池循環(huán)實驗的初期，鋰電池的脹氣率較低，對電池的循環(huán)穩(wěn)定性影響較低。如超過閥值，電池內(nèi)部電解液的分解程度、分布，都會受到不同程度的影響，導(dǎo)致了電池的循環(huán)穩(wěn)定性降低[2]。

3.結(jié)束語

綜上所述，鈦酸鋰電池在高溫試驗環(huán)境下進(jìn)行了多次循環(huán)充放電測試，經(jīng)過測試結(jié)果數(shù)據(jù)表明，鈦酸鋰電池會出現(xiàn)明顯的脹氣問題，對電池的使用性、循環(huán)性造成一定的影響。鑒于此，我國有關(guān)人員應(yīng)積極探析改善措施，對國外先進(jìn)研究理念加以借鑒，以此促進(jìn)我國電池產(chǎn)業(yè)不斷提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]張靜，高玉雙，劉鵬.鈦酸鋰電池脹氣程度與循環(huán)性能的關(guān)系分析[J].科技風(fēng)，2020（02）：158.

[2]劉燕燕，王綏軍，金翼，徐淑銀，武懌達(dá).鈦酸鋰電池脹氣成分的氣相色譜分析[J].電源技術(shù)，2017，41（10）：1396-1398+1412.