鋰離子電池無(wú)疑是當(dāng)今科技含量很高用途廣泛的新一代電池.它體積比能量和質(zhì)量比能量高,可充且無(wú)污染,具備了當(dāng)前電池工業(yè)發(fā)展的三大優(yōu)勢(shì),被人們稱之為最有前途的化學(xué)電源.鋰離子電池技術(shù)目前常見(jiàn)有兩種:以金屬為外殼的液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池.液態(tài)鋰離子電池外殼一般為鋼外殼或鋁外殼,可塑性不及聚合物鋰離子電池.而聚合物鋰離子電池的制造工藝復(fù)雜,特別是成品率低使此電池產(chǎn)業(yè)化受到很大的限制.軟包裝鋰離子電池的特點(diǎn)是綜合液態(tài)鋰離子電池的基本電化學(xué)性能以及聚合物鋰離子電池的外形包裝上獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),并采用與液態(tài)鋰離子電池相似的液體電解液作為鋰離子在正負(fù)極之間傳輸?shù)慕橘|(zhì),而外形包裝上則采用多層塑料復(fù)合薄膜.軟包裝鋰離子電池的突出優(yōu)點(diǎn)是其制作過(guò)程簡(jiǎn)單,成本低,成品率高,其目標(biāo)是取代聚合物鋰離子電池的市場(chǎng),并和不銹鋼殼鋰離子電池形成競(jìng)爭(zhēng)之態(tài).不銹鋼殼鋰離子電池、聚合物鋰離子電池和軟包裝鋰離子電池三種不同技術(shù)的比較如表1所列.本文研究了軟包裝鋰離子電池的各種電化學(xué)性能以及與不銹鋼外殼鋰離子電池相互之間的差別等內(nèi)容,以驗(yàn)證軟包裝鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化的可能性.

1、實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)電池所采用的正極材料為鈷酸鋰,負(fù)極材料為人工球狀石墨.ＬｉＰＦ6/ＥＣ/ＤＥＣ/ＤＭＣ為電解液,其中ＬｉＰＦ6為導(dǎo)電鹽,ＥＣ(碳酸乙烯酯)/ＤＥＣ(碳酸二乙酯)/ＤＭＣ(碳酸二甲酯)為復(fù)合溶劑.電池的外包裝為復(fù)合鋁塑膜,其結(jié)構(gòu)為ＰＥＴ(聚酯)/膠/Ａｌ/膠/ＰＰ(聚丙烯)五層.電池極耳封口膠是改性的聚烯烴材料.電池制作工藝包括配料、混料、涂覆、碾壓、分切、點(diǎn)焊、卷繞、封口、化成、除氣和分容等工序.按照相似工藝條件同時(shí)制作了不銹鋼外殼的鋰離子電池.軟包裝鋰離子電池和不銹鋼外殼鋰離子電池的尺寸都為48ｍｍ×30ｍｍ×4.1ｍｍ.兩種電池的標(biāo)稱容量為500ｍＡ•ｈ.

軟包裝鋰離子電池制作工藝過(guò)程中最為關(guān)鍵的技術(shù)是如何克服電池出現(xiàn)的氣漲問(wèn)題.電池的氣漲問(wèn)題一方面和電池密封是否良好有關(guān),另一方面和電池化成方式相關(guān).實(shí)驗(yàn)中采用改性聚丙稀材料作為正負(fù)極極耳與復(fù)合包裝膜之間的封口膠(一般金屬材料與鋁塑包裝膜內(nèi)層聚丙烯之間的粘結(jié)能力差),很好地解決了電池的密封問(wèn)題.實(shí)驗(yàn)中采用：預(yù)先充電方式以形成負(fù)極材料的保護(hù)膜,保護(hù)膜形成過(guò)程中將出現(xiàn)一部分氣體,然后真空除掉所出現(xiàn)的氣體,通過(guò)這種方式消除了由于化成方式帶來(lái)的電池氣漲問(wèn)題.

2、結(jié)果與討論

2.1倍率放電性能

給出了軟包裝鋰離子電池在0.5Ｃ(250ｍＡ)、1Ｃ(500ｍＡ)和2Ｃ(1000ｍＡ)，3個(gè)放電倍率下電池容量與電壓的關(guān)系曲線,在2Ｃ電流放電下軟包裝鋰離子電池能夠放出0.5Ｃ下容量的91.7%,表明電池具有良好的大電流放電能力.圖1ｂ給出的是不銹鋼外殼鋰離子電池在0.5Ｃ、1Ｃ和2Ｃ，3個(gè)放電倍率下的電池容量與電壓之間關(guān)系的曲線,同樣在2Ｃ電流放電下不銹鋼外殼鋰離子電池能夠放出0.5Ｃ下容量的92.2%.關(guān)于同樣的電池尺寸,軟包裝鋰離子電池的放電容量要比不銹鋼外殼鋰離子電池的放電容量高10%左右,這是由于兩種電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同所造成的.其原因如下:軟包裝鋰離子電池內(nèi)部卷繞后電芯的最外層為正極極片,不銹鋼殼電池內(nèi)部卷繞后電芯的最外層為負(fù)極極片,在結(jié)構(gòu)上,軟包裝鋰離子電池具有更多的正極材料敷料量,而鋰離子電池的放電容量是由正極決定的,因而軟包裝電池的容量相比較不銹鋼電池高.電池內(nèi)部電芯采取不同結(jié)構(gòu),這和外殼所采用材料相關(guān).軟包裝鋰離子電池外殼是采用中間層為Al箔隔離層的鋁塑包裝膜,假如和最外層為負(fù)極極片的內(nèi)部卷繞電芯相接觸,在極低電位下(滿充電時(shí)約0.05ｍＶｖｓ.Ｌｉ)可能帶來(lái)軟包裝的Al箔隔離層的溶解,造成電池失效.假如不銹鋼殼電池采用最外層為正極極片的內(nèi)部卷繞電芯,則存在正極極片上的極耳(通常為Al帶材)與不銹鋼外殼焊接問(wèn)題,因而通常采用最外層為負(fù)極極片的內(nèi)部卷繞電芯.從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō),軟包裝鋰離子電池在容量方面比不銹鋼外殼鋰離子電池有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì).

2.2高低溫性能

圖2是兩種鋰離子電池的高低溫放電曲線,測(cè)試過(guò)程是在高低溫試驗(yàn)箱中進(jìn)行的.電池在測(cè)試開(kāi)始前經(jīng)過(guò)1Ｃ電流充電至4.2Ｖ,并在此電壓下繼續(xù)恒壓充電2ｈ,之后靜置2ｈ.由圖可見(jiàn),軟包裝鋰離子電池在高溫45℃、低溫-10℃的放電容量達(dá)到了電池在常溫25℃下容量的102.8%和87.8%,電池具有良好的高低溫性能.而不銹鋼外殼的鋰離子電池的高低溫性能,其在高溫45℃、低溫-10℃的放電容量達(dá)到了電池在常溫25℃下容量的103.2%和93.4%.由圖可知,軟包裝鋰離子電池在低溫下的放電容量保持率接近不銹鋼外殼鋰離子電池的低溫下的容量保持率.

2.3循環(huán)穩(wěn)定性

圖3是兩種鋰離子電池的循環(huán)性能比較圖,其中ｎ為循環(huán)次數(shù),ｃ為電池容量,電池充放電循環(huán)制度為1ＣｍＡ充電至4.2Ｖ,并在此電壓下恒壓充電2ｈ后靜置10ｍｉｎ,然后1ＣｍＡ放電至3.0Ｖ.電池經(jīng)過(guò)300次循環(huán)以后,軟包裝鋰離子電池的放電容量保持在初始容量的90.6%左右,而不銹鋼殼鋰離子電池的放電容量則保持在初始容量的91.3%.由圖可知,以鋁塑復(fù)合膜包裝外殼取代常規(guī)金屬外殼所制作的鋰離子電池,在循環(huán)穩(wěn)定性能方面是良好的.鋁塑復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)、材料以及極耳密封膠的性能,可完全隔離開(kāi)電池內(nèi)部和外界環(huán)境的相互反應(yīng),鋁塑復(fù)合膜可完成類似于金屬外殼所具有的良好密封功能.