磷酸鐵鋰電池在不同存儲(chǔ)條件下的性能研究

雷利亮 郭建峰 黨友旗

（中航鋰電（洛陽(yáng)）有限公司，河南 洛陽(yáng) 471003）

磷酸鐵鋰電池在不同存儲(chǔ)條件下的性能研究

雷利亮 郭建峰 黨友旗

（中航鋰電（洛陽(yáng)）有限公司，河南 洛陽(yáng) 471003）

本文研究磷酸鐵鋰電池不同荷電狀態(tài)（SOC）、不同溫度存儲(chǔ)時(shí)電池內(nèi)阻、厚度及容量的變化。結(jié)果表明，高溫和高荷電態(tài)存儲(chǔ)都會(huì)加速電池內(nèi)阻的增大，電池厚度會(huì)隨著存儲(chǔ)時(shí)間增加而增加，存儲(chǔ)初期電池厚度增加較大；電池高溫存儲(chǔ)初期，空電狀態(tài)厚度變化較大。高溫會(huì)加速電池在存儲(chǔ)過(guò)程的不可逆容量損失。關(guān)鍵詞：磷酸鐵鋰；存儲(chǔ)；高溫；荷電狀態(tài)

鋰離子電池具有比能量大、電壓高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使其具有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。但是，電池在存儲(chǔ)過(guò)程中的容量衰減、內(nèi)阻及厚度變化影響了電池的使用。許多因素，如溫度、SOC對(duì)電池的存儲(chǔ)壽命具有顯著的影響［1］。

以中航鋰電（洛陽(yáng)）有限公司某型號(hào)鋰離子電池（正、負(fù)極活性物質(zhì)分別為L(zhǎng)iFePO4、人造石墨）為研究對(duì)象，從溫度、SOC等因素出發(fā)，對(duì)電池存儲(chǔ)后內(nèi)阻、厚度、容量變化進(jìn)行研究，確定溫度及SOC對(duì)電池的影響。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)電池在存儲(chǔ)過(guò)程中的情況，設(shè)計(jì)了以下6組試驗(yàn)，每組10支電池。一是常溫存儲(chǔ)1～3組，荷電狀態(tài)分別為0%、30%、60%SOC，按如下步驟進(jìn)行試驗(yàn)：①0.3C定容；②常溫?cái)R置30d，0.3C定容；③重新調(diào)整到對(duì)應(yīng)的SOC，繼續(xù)常溫?cái)R置；④重復(fù)步驟②③，20個(gè)月后測(cè)試結(jié)束。二是55℃存儲(chǔ)4～6組，荷電狀態(tài)分別為0%、30%、60%SOC、按如下步驟進(jìn)行試驗(yàn)：①0.3C定容；②55℃擱置30d，常溫靜置12h，0.3C定容；③電池重新調(diào)整到對(duì)應(yīng)的SOC，繼續(xù)55℃擱置；④重復(fù)步驟②③，12個(gè)月后測(cè)試結(jié)束。

上述實(shí)驗(yàn)每擱置30d后，進(jìn)行電池內(nèi)阻和厚度測(cè)試。測(cè)試設(shè)備為廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的HTV5C100D100-8電池性能測(cè)試系統(tǒng)。恒溫設(shè)備為上海一恒科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的DHG9620電熱鼓風(fēng)干燥箱。交流內(nèi)阻測(cè)試設(shè)備為HIOKI3554蓄電池內(nèi)阻測(cè)試儀。

2 結(jié)果與討論

2.1 內(nèi)阻測(cè)試

在室溫及55℃下，不同SOC的電池內(nèi)阻隨存儲(chǔ)時(shí)間的變化見(jiàn)圖1。從圖1可知，隨存儲(chǔ)時(shí)間增加，電池內(nèi)阻有增大的趨勢(shì)。但55℃比室溫內(nèi)阻增加率大，這主要是由于在高溫下，電極表面的固體電解質(zhì)相界面膜（SEI膜）會(huì)分解、重組并增厚，導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大［2］。不同SOC電池的內(nèi)阻增加率差異不明顯。

圖1 不同溫度、不同SOC存儲(chǔ)時(shí)內(nèi)阻變化

2.2 厚度測(cè)試

從圖2可知，隨著存儲(chǔ)時(shí)間的增加，電池厚度有增大的趨勢(shì)，但55℃時(shí)電池厚度增加率大。

圖2 不同溫度、不同SOC存儲(chǔ)時(shí)厚度變化

常溫儲(chǔ)存時(shí)，不同SOC電池厚度變化基本一致，空電狀態(tài)厚度增加速率略大。存儲(chǔ)初期，電池厚度變化較大，存儲(chǔ)4個(gè)月后，電池厚度增長(zhǎng)緩慢，不同SOC對(duì)電池厚度影響不明顯。

高溫儲(chǔ)存初期，空電時(shí)電池厚度增加較大，分析認(rèn)為，在空電態(tài)下，電池極化較大，高溫加速了電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)，電池厚度增加較大［3］。隨著擱置進(jìn)行，電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)基本平穩(wěn)，溫度的影響超過(guò)SOC的影響，電池厚度變化基本一致，且不同SOC對(duì)電池厚度影響不明顯。

2.3 容量測(cè)試

從圖3可知，隨存儲(chǔ)時(shí)間的增加，電池容量衰減有增大的趨勢(shì)。高溫會(huì)加速電池在存儲(chǔ)中的不可逆容量損失，而且存儲(chǔ)初期容量衰減較明顯。這可能因?yàn)榇鎯?chǔ)初期時(shí)屬于新電池，電極與電解液界面的副反應(yīng)較大，如SEI膜的分解、重組和增厚等，都會(huì)導(dǎo)致電池容量衰減較快［4］。

圖3 不同溫度、不同SOC存儲(chǔ)時(shí)容量衰減

3 結(jié)論

筆者從溫度和SOC出發(fā)，研究了磷酸鐵鋰電池存儲(chǔ)后內(nèi)阻、厚度和容量的變化。內(nèi)阻隨存儲(chǔ)時(shí)間呈增大趨勢(shì)，高溫和高荷電態(tài)存儲(chǔ)都會(huì)加速電池內(nèi)阻增大，但高溫對(duì)內(nèi)阻的影響更大；電池厚度隨存儲(chǔ)時(shí)間增大，高溫存儲(chǔ)初期，空電態(tài)存儲(chǔ)會(huì)加速電池厚度的增大；高溫會(huì)加速電池在存儲(chǔ)初期的不可逆容量損失。電池存儲(chǔ)時(shí)，應(yīng)避免高溫空電態(tài)及高荷電態(tài)存儲(chǔ)，避免造成電池內(nèi)阻增大、厚度增大及容量衰減。

［1］劉勇，盤(pán)毅，謝凱，等.鋰離子電池的存儲(chǔ)性能研究［C］//第30屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)，2013：339-340.

［2］賀狄龍，馬冬梅，段雪琴，等.存儲(chǔ)條件對(duì)磷酸鐵鋰鋰離子電池性能的影響［J］.電池，2014（4）：226-228.

［3］李佳，張健，張熙貴，等.存儲(chǔ)后鋰離子電池的性能研究［J］.電源技術(shù)，2009（7）：552-556.

［4］Ramasamy RP，Lee JW，Popov BN.Simulation of capacity loss in carbon electrode for lithium-ion cells during storage［J］.J Power Sources，2007（1）：266-272.

Study of the Performance of Lithium Iron Phosphate Battery in Different Storage Conditions

Lei LiliangGuo JianfengDang Youqi
（China Aviation Lithium Battery(Luoyang)Co.,Ltd.，Luoyang Henan 471003）

The changes of internal resistance,thickness and capacity of lithium iron phosphate(LiFePO4)Li-ion battery after storage in different state of charge(SOC)and different temperature were studied in this paper.The result showed that high temperature and high SOC could accelerate the increasing of internal resistance,but high temperature was more detrimental.The thickness increased as the extension of storage.In the primary stage of storage，the thickness increased larger.In the primary stage of storage in high temperature,the thickness of the state of the air was changed greatly.High temperature could accelerate the irreversible capacity loss of the battery.

LiFePO4；storage；high temperature；state of charge

TM912

A

1003-5168（2017）05-0124-02

2017-04-18

雷利亮（1986-），男，本科，工程師，研究方向：電池設(shè)計(jì)；郭建峰（1977-），男，本科，工程師，研究方向：電池設(shè)計(jì)；黨友旗（1987-），男，本科，工程師，研究方向：電池工藝。