高比能长寿命锂离子电池的研究
发布时间：2021-08-24 04:06
采用高密度NCA材料,通过正极材料的选型优化,电极面密度、隔膜、电解液等重要电化学参数的设计优化,成功制备2.852 Ah的18650电池,比能量达到252 Wh/kg。电池具有良好的倍率性能与循环寿命:1 C倍率的容量保持率大于99%;地面模拟LEO轨道循环寿命长达2年,并通过了《GJB6789-2009空间用锂离子蓄电池通用规范》规定的环境适应性实验。研制的高比能长寿命锂离子电池可应用于商业航天等微系统卫星电源系统,满足商业航天发展对航天器产品提出的轻小型、低功耗、高可靠的要求。
【文章来源】：电源技术. 2020,44(09)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图２?不同电解液电池循环测试曲线??从加速循环寿命测试可知，３＃电解液表现出更好的循环??稳定性，加速循环寿命测试５００次时，容量保持率为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??从表１的数据可以看出￥三种高密度ＮＣＡ材料中，综合??比容量发挥、循环寿命两方面的因素，材料３＃更适合作为高??比能长寿命锂离子电池的正极材料。??２．２电化学参数的优化??２．２．１电极面密度的优化??对Ａ、Ｂ两种面密度电池进行倍率与循环寿命的对比，优??化电池的面密度设计参数。Ａ、Ｂ两种电池的倍率测试结果见??表２。Ａ、Ｂ两种电池的加速寿命测试曲线见图１。??表２?电池的倍率放电数据??０?２００?４００?６００?８００?１０００??循环次数??图１?Ａ、Ｂ两种面密度电池循环测试曲线??从表２倍率测试数据可以看出，Ａ、Ｂ两种面密度设计的??电池在０．５?Ｃ、１?Ｃ倍率条件下没有差异。从图１的循环曲线??看，在循环到６００次时，电池Ａ的容量保持率为９１．５％，电池??Ｂ的容量保持率为８９．５％，低面密度Ａ具有更好的循环性能，??但两种面密度电池的循环衰降趋势基本相同。目前低轨卫星??的放电倍率一般在１?Ｃ以下，所以对于高比能电池，在保证电??池性能的前提下，选择高面密度的电极设计ｐ??２．２．２隔膜的优化??对实验电池进行电性能测试，测试结果见表３。??表３?不同隔膜电性能测试数据??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??从表
为１．４ｘ?ｌ（Ｔ？＞￣２．１ｘ??ｌＯｉＰａ＇ｍＶｓ，漏气率均小于ｌｘ?ｌ〇－７ｐａ．ｍｙｓ，检测结果满足要??求。??参照《ＧＪＢ６７８９－２００９空间用锂离子蓄电池通用规范》对??研制的电池进行稳态加速、随机振动、正弦振荡、冲击及热真??空实验。实验过程中电池的电流及电压均未发生突变，且实验??完成后电池无任何机械损伤，检测结果满足要求，本文不再展??示放电曲线。??参照《ＧＪＢ６７８９－２００９空间用锂离子蓄电池通用规范》对??研制的电池按照表５测试条件进行热真空实验，图４为电池??在热真空循环过程中首次低温放电曲线与末次高温充电曲??线。??表５?热真空实验条件??项目??要求??压力／Ｐａ??１．３ｘｌ〇＿３??最高温度／ｔ：??４５?士?３??最低温度／°ｃ??－１０±３??循环次数??３??极端温度停留时间／ｈ??４??３．０????０?１０００?２?０００?３?０００?４?０００??扫描时间／ｓ??图４?热真空首次低温放电曲线与末次高温充电曲线??如图４所示电池在热真空实验过程中，充放电正常，实验??后，蓄电池无变形、无开裂、无漏液。满足空间环境适应性要??求。??３结论??通过对正极材料的选型优化，电极面密度、隔膜、电解液??等重要电化学参数的设计优化，电池密封结构的优化，制备了??ＮＣＡ体系２．８５２?Ａｈ?１８６５０电池，电池比能量达到２５２?Ｗｈ／ｋｇ，??１Ｃ倍率放电容量保持率为９９．１％，地面模拟ＬＥＯ轨道寿命??长达２年以上，并且通过了《ＧＪＢ６７８９－２００９空间用锂离子蓄??电池通用规范》的环境适应性实验，可应用于微小卫星电源系??统，满足商业航
本文编号：3359244
【文章来源】：电源技术. 2020,44(09)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
图２?不同电解液电池循环测试曲线??从加速循环寿命测试可知，３＃电解液表现出更好的循环??稳定性，加速循环寿命测试５００次时，容量保持率为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??从表１的数据可以看出￥三种高密度ＮＣＡ材料中，综合??比容量发挥、循环寿命两方面的因素，材料３＃更适合作为高??比能长寿命锂离子电池的正极材料。??２．２电化学参数的优化??２．２．１电极面密度的优化??对Ａ、Ｂ两种面密度电池进行倍率与循环寿命的对比，优??化电池的面密度设计参数。Ａ、Ｂ两种电池的倍率测试结果见??表２。Ａ、Ｂ两种电池的加速寿命测试曲线见图１。??表２?电池的倍率放电数据??０?２００?４００?６００?８００?１０００??循环次数??图１?Ａ、Ｂ两种面密度电池循环测试曲线??从表２倍率测试数据可以看出，Ａ、Ｂ两种面密度设计的??电池在０．５?Ｃ、１?Ｃ倍率条件下没有差异。从图１的循环曲线??看，在循环到６００次时，电池Ａ的容量保持率为９１．５％，电池??Ｂ的容量保持率为８９．５％，低面密度Ａ具有更好的循环性能，??但两种面密度电池的循环衰降趋势基本相同。目前低轨卫星??的放电倍率一般在１?Ｃ以下，所以对于高比能电池，在保证电??池性能的前提下，选择高面密度的电极设计ｐ??２．２．２隔膜的优化??对实验电池进行电性能测试，测试结果见表３。??表３?不同隔膜电性能测试数据??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??从表
为１．４ｘ?ｌ（Ｔ？＞￣２．１ｘ??ｌＯｉＰａ＇ｍＶｓ，漏气率均小于ｌｘ?ｌ〇－７ｐａ．ｍｙｓ，检测结果满足要??求。??参照《ＧＪＢ６７８９－２００９空间用锂离子蓄电池通用规范》对??研制的电池进行稳态加速、随机振动、正弦振荡、冲击及热真??空实验。实验过程中电池的电流及电压均未发生突变，且实验??完成后电池无任何机械损伤，检测结果满足要求，本文不再展??示放电曲线。??参照《ＧＪＢ６７８９－２００９空间用锂离子蓄电池通用规范》对??研制的电池按照表５测试条件进行热真空实验，图４为电池??在热真空循环过程中首次低温放电曲线与末次高温充电曲??线。??表５?热真空实验条件??项目??要求??压力／Ｐａ??１．３ｘｌ〇＿３??最高温度／ｔ：??４５?士?３??最低温度／°ｃ??－１０±３??循环次数??３??极端温度停留时间／ｈ??４??３．０????０?１０００?２?０００?３?０００?４?０００??扫描时间／ｓ??图４?热真空首次低温放电曲线与末次高温充电曲线??如图４所示电池在热真空实验过程中，充放电正常，实验??后，蓄电池无变形、无开裂、无漏液。满足空间环境适应性要??求。??３结论??通过对正极材料的选型优化，电极面密度、隔膜、电解液??等重要电化学参数的设计优化，电池密封结构的优化，制备了??ＮＣＡ体系２．８５２?Ａｈ?１８６５０电池，电池比能量达到２５２?Ｗｈ／ｋｇ，??１Ｃ倍率放电容量保持率为９９．１％，地面模拟ＬＥＯ轨道寿命??长达２年以上，并且通过了《ＧＪＢ６７８９－２００９空间用锂离子蓄??电池通用规范》的环境适应性实验，可应用于微小卫星电源系??统，满足商业航
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