隨著新能源鋰電池的不斷發(fā)展，以鋁塑膜為外殼的軟包電池被廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)、消費(fèi)電子等產(chǎn)品。

 

 

而主要的生產(chǎn)企業(yè)有十大軟包電池廠家、十大鋰電池鋁塑膜廠家等。由于使用環(huán)境、季節(jié)、地區(qū)氣候等因素的影響，在實(shí)際使用過程中難免會(huì)出現(xiàn)高溫，這就容易導(dǎo)致電池體積和軟包電池電性能的劣勢(shì)。

通過對(duì)電解液的評(píng)價(jià)和工藝優(yōu)化，確定采用3%VC含量的添加劑改進(jìn)電解液和工藝優(yōu)化相結(jié)合的方式，可以明顯改善抑制電池高溫體積和袋裝鋰電池電性能的持續(xù)破壞。

 

實(shí)驗(yàn)

 

配方和設(shè)計(jì)

正極（油系統(tǒng)）：氧化鈷鋰：導(dǎo)電劑（SP）：粘合劑（PVDF-HSV900）=96:2:2（質(zhì)量比）；負(fù)極（水系統(tǒng)）：石墨（寧波杉杉FSN-4）： 增稠劑（CMC）： 粘合劑（SBR）=95.5:1.5:3.0（質(zhì)量比）；隔膜：16μm Celgard隔膜；電解質(zhì)： 廣州天賜。根據(jù)上述配方和設(shè)計(jì)，將其卷繞組裝成494147袋方形電池。

不同含量的VC添加劑

試制不同含量的VC添加劑的改良電解質(zhì)電池。

采用天賜TC-E233H型電解液，加入0%、1.5%、3%、4.5%的VC添加劑，使其成為四種類型的電解液。四種方案的電池B、C、D用于后續(xù)試驗(yàn)（方案A為對(duì)比組）。注：注液后的工藝步驟：①室溫下放置8h→②成型→③40℃下放置24h→④脫氣密封→⑤平壓→⑥分配體積。

工藝技術(shù)優(yōu)化的電池試生產(chǎn)

注液后的小袋鋰電池的工藝流程為：①室溫靜置8小時(shí)→②成型→③40℃靜置24h→④脫氣密封→⑤平壓→⑥分量；對(duì)步驟①④的工藝進(jìn)行優(yōu)化，其余各組步驟保持不變。

第1組：在室溫下放置8小時(shí)（對(duì)照組）；第2組：在60℃下放置8小時(shí)；第3組：在85℃下放置8小時(shí)；第4組：在100℃下放置8小時(shí)；用于后續(xù)試驗(yàn)（電解質(zhì)溶液）選項(xiàng)A用于添加0%VC）。

用最佳溶液試制電池

根據(jù)上面第1.2節(jié)中得到的VC電解液的最佳百分比含量和第1.3節(jié)中的最佳靜置溫度作為條件，重新制作了最佳溶液的電池，用于后續(xù)測(cè)試評(píng)估。

 

實(shí)驗(yàn)和結(jié)論

 

改進(jìn)的電解質(zhì)電池的實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)步驟： 取1.2節(jié)中的A至D四個(gè)方案，①測(cè)試初始容量和厚度；②充滿電；③放入85℃的恒溫箱中48小時(shí)；④取出冷卻至室溫，重新測(cè)量容量和厚度；

重復(fù)從②到④，直到所有的散裝電池截止測(cè)試；比較四種方案的第一個(gè)散裝電池的周期、容量損失率和電池體積率。從表1可以看出，方案C和方案D的散裝電池抗高溫能力強(qiáng)，只有在第三周暴露在85℃的環(huán)境中48小時(shí)時(shí)才會(huì)發(fā)生電池散裝；

從圖1可以看出，方案C和D在每周高溫沖擊后的電池體積率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于方案A和B；
從圖2可以看出，在電解液中加入VC的電池容量損失要比不加入VC的大，而且隨著VC加入量的增加，容量損失也在增加。

 

 

 

VC提高了電池抗高溫散裝的能力，但高溫沖擊后的容量損失也較之增加，這可以從VC的特性中得到解釋：

VC作為一種新型的有機(jī)成膜添加劑和鋰離子電池過充電保護(hù)添加劑，具有良好的高低溫性能和抗電池體積功能，可以提高電池的容量和循環(huán)壽命。

當(dāng)電池片在85℃的高溫下儲(chǔ)存和沖擊時(shí)，負(fù)極SEI保護(hù)膜不可避免地會(huì)出現(xiàn) “損壞，VC重新修復(fù)成膜”。如果電解液中沒有VC，薄膜將繼續(xù)受損，負(fù)極碳和電解液將受到不利影響。反應(yīng)產(chǎn)生的氣體會(huì)導(dǎo)致電池膨脹。

如果有VC，VC會(huì)繼續(xù)修復(fù)受損的SEI膜，這樣負(fù)極碳和電解液就不會(huì)產(chǎn)生氣態(tài)副反應(yīng)，但修復(fù)過程中不可避免地會(huì)消耗電解液中的有效鋰，造成不可逆轉(zhuǎn)的容量損失。損失增加了。

結(jié)合表1、圖1和圖2的結(jié)果，方案C（在天賜TC-E233H模型電解液中加入3%VC）是2.1節(jié)實(shí)驗(yàn)的最佳方案。

 

工藝優(yōu)化電池的實(shí)驗(yàn)

 

實(shí)驗(yàn)步驟： 1. 測(cè)試1.3節(jié)中4個(gè)電池的初始容量和厚度；

從②到④重復(fù)進(jìn)行，直到所有的散裝電池截止測(cè)試；比較四個(gè)方案中第一個(gè)散裝電池的周期和容量。結(jié)合表2、圖3和圖4的結(jié)果，第三組方案（注液后在烘箱中85℃放置8h，然后放在柜子上）是2.2節(jié)實(shí)驗(yàn)的最佳方案。

從表2可以看出，注液后在高溫下站立8小時(shí)，有利于電池在后期的耐高溫電池散裝。雖然2、3、4組在第二周發(fā)生了散裝電池，但相比之下，3、4組更有利；

從圖4可以看出，在高溫下注液后，電池的平均容量降低，第四組的容量嚴(yán)重偏低。容量的降低，也導(dǎo)致了容量的降低。

因?yàn)樽⒁汉箅姵刎?fù)極上未形成SEI保護(hù)膜，在此條件下，電解液中的某些成分會(huì)與負(fù)極發(fā)生緩慢的副反應(yīng)，產(chǎn)生氣體，由常溫變?yōu)楦邷亍?/p>

可以加速催化這部分產(chǎn)氣物質(zhì)的副反應(yīng)過程，使反應(yīng)最大限度地耗盡，從而避免后期在85℃48小時(shí)的循環(huán)熱沖擊中產(chǎn)生氣體，從而造成電池散裝。

由于高溫下催化作用的加速，副反應(yīng)隨著溫度的升高而增加，不可逆的容量也相應(yīng)增加。因此，在后期的體積分離后，平均容量持續(xù)下降。當(dāng)溫度為100℃時(shí)，

電解液中的其他成分也可能因受熱而分解，導(dǎo)致容量嚴(yán)重不足。如果溫度繼續(xù)升高，很容易導(dǎo)致電解液失效，后期電池的電性能會(huì)急劇惡化。

 

 

 

最佳溶液電池的實(shí)驗(yàn)

 

在天賜TC-E233H型電解液中加入3%VC添加劑。電池繞組注液后，①在85℃下放置8h→②成型→③在40℃下放置24h→④脫氣密封→⑤平壓→⑥分鐘 允許；

即結(jié)合2.1節(jié)和2.2節(jié)實(shí)驗(yàn)中的最佳方案，制作了一個(gè)電池，在85℃反復(fù)熱沖擊48h后，評(píng)價(jià)初始電池體積、容量損失率和電池體積率的循環(huán)；

然后將容量分布后的新電池，在85℃下反復(fù)沖擊48小時(shí)。沖擊周期必須是第一個(gè)電池散裝周期的前一周（例如，如果第一個(gè)電池散裝發(fā)生在第5次，那么取第4周）。0.5C評(píng)估的是熱沖擊后靠近電池組邊緣的循環(huán)性能。

從表3可以看出，結(jié)合2.1節(jié)和2.2節(jié)實(shí)驗(yàn)的最佳方案制成的新電池，其耐高溫性更強(qiáng)，能保證在85℃下反復(fù)沖擊3次48小時(shí)后不脹氣，電池的散裝率也在1%～5%以內(nèi)。

從圖5中可以看出，新電池在85℃下反復(fù)充電3次，48小時(shí)后，模擬造成了接近電池體邊緣的熱沖擊。該電池300次的容量保持率仍然大于85%，循環(huán)性能良好。

 

 

結(jié)論

 

(1) 電解液VC添加劑對(duì)電池的高溫體積有明顯的抑制作用，在天賜TC-E233H模型中多添加3%是最佳值；

(2) 優(yōu)化工藝技術(shù)，將注射后在室溫下站立8小時(shí)優(yōu)化為85℃站立8小時(shí)，使電解液中與負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)生氣體的物質(zhì)成分最大化。

 

 

避免了后期熱沖擊過程中的再反應(yīng)和氣體產(chǎn)生，從而造成電池的散裝，對(duì)高溫電池的散裝也有明顯的抑制作用。

(3)結(jié)合 “在TC-E233H型電解液中加入3%VC，注入液體后，改為85℃8小時(shí)后再成型 “的方法，得到的袋裝方形鋰電池耐高溫、耐熱。沖擊能力較強(qiáng)。

在沒有電池散裝的情況下，可以達(dá)到85℃，持續(xù)48小時(shí)3次，電池在受到3次熱沖擊后，在0.5C條件下循環(huán)300次，仍然具有優(yōu)異的循環(huán)性能，>85%。

看到這里，如果你想了解耐高溫電池，你可以了解一下鋁殼電池。鋁殼電池具有散熱性好、耐高壓的特點(diǎn)。