鈦酸鋰電池脹氣程度與循環(huán)性能的關(guān)系分析

張靜 高玉雙 劉鵬

摘?要：隨著社會的進步和國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們在日常生產(chǎn)及生活活動中對電能的需求越來越高。LTO鋰離子電池的出現(xiàn)，為電力能源利用行業(yè)的發(fā)展帶來了新的契機，對其相關(guān)性能的研究也在逐步深化。本文主要分析了鈦酸鋰電池脹氣程度與循環(huán)性能之間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：鈦酸鋰電池;脹氣程度;循環(huán)性能

尖晶石型鈦酸鋰（Li4Ti5O12）材料的發(fā)展與應(yīng)用，有效延長了鋰電池的使用壽命，但由于脹氣等方面的問題，一直沒有得到大范圍推廣。怎樣才能實現(xiàn)對鈦酸鋰電池脹氣原理的有效分析，并采取具有針對性的措施加以有效處理，促進其整體應(yīng)用性能的提高，值得我們深思。

1 鈦酸鋰電池脹氣程度與循環(huán)性能關(guān)系實驗分析

1.1 實驗設(shè)計

1.1.1 電化學(xué)實驗

利用充放電儀針對三種容量不同的軟包電池（標(biāo)號為1、2、3）進行充電、放電處理，三種電池的正極體系分別是三元鎳鈷錳、鈷酸鋰以及錳酸鋰。在倍率為1C、室溫為25℃的條件下對三種電池充放電處理三次，隨后作容量標(biāo)定。在標(biāo)定結(jié)束之后，將溫度提高到55℃，作充放電循環(huán)測試，每經(jīng)過三百次循環(huán)對體積、容量變化進行測試，以此來計算電池容量的保持率。開展電化學(xué)交流阻抗測試，針對電池放電結(jié)束之后的開路點位加以測試，對正弦點位信號進行施加，其測試頻率范圍是001Hz-100kHz。

1.1.2 脹氣實驗

以電池體積測試原理為基礎(chǔ)，對電池脹氣的體積進行測試，具體過程為：①利用排水法對未循環(huán)1、2、3號鈦酸鋰電池原始體積進行測試。②當(dāng)電池每循環(huán)充放電到300周，對電池作體積測試。③將經(jīng)過充放電循環(huán)的電池體積數(shù)值，減去其原始體積，便得到電池所產(chǎn)生氣體的體積。

值得注意的是，在對電池體積進行測試的過程當(dāng)中，要對電池極耳作絕緣處理，避免電池由于整個掉入到水中而出現(xiàn)短路等問題而使電池損壞。

1.2 實驗結(jié)果

1.2.1 電池容量

本實驗所用到的鈦酸鋰軟包電池，其標(biāo)定容量分別是226、19.8和11.2Ah，每經(jīng)過300次循環(huán)，對其容量進行測試，結(jié)果如表1所示。

1.2.2電池脹氣

利用自主設(shè)計的脹氣體積測試設(shè)備，對實驗所用三種鈦酸鋰電池初始體積進行測試，分別是323.17、239.35以及124.8ml，并對每經(jīng)過300此循環(huán)之后電池體積進行測量，計算電池的脹氣體積以及脹氣率，結(jié)果如表2所示。

對電池經(jīng)過實驗處理的狀態(tài)進行觀察，可以發(fā)現(xiàn)，跟循環(huán)之前相比，循環(huán)后電池能夠出現(xiàn)較為明顯的脹氣現(xiàn)象。

1.3 實驗討論

此實驗利用高溫環(huán)境，使鈦酸鋰電池脹氣以及循環(huán)容量衰減加速，對三種電池的鈦酸鋰電池經(jīng)過循環(huán)的電化學(xué)性能、脹氣體積以及阻抗變化進行測試。經(jīng)過分析得出以下結(jié)論：①在高溫條件下，針對鈦酸鋰電池進行充放電處理，會加速其老化速度，使容量保持率與脹氣情況呈現(xiàn)出較為明顯的變化。②三種電池在循環(huán)過程中的脹氣率都呈現(xiàn)為明顯上升趨勢，容量衰減明顯?？芍姵孛洑饴蕦τ陔姵厝萘康谋Ｓ新蕰纬奢^大的影響。③在高溫條件下，電池脹氣率對循環(huán)性能所形成的影響有一個臨界值。在電池循環(huán)的初期，脹氣率相對較低，對電池循環(huán)整體穩(wěn)定性所形成的影響也比較小。但是在脹氣率超過某個值之后，電池內(nèi)部的電解液呈現(xiàn)出分解程度與分布不均勻嚴重的情況，導(dǎo)致電池循環(huán)穩(wěn)定性急劇下降。

2 結(jié)語

總而言之，鈦酸鋰電池在高溫條件下經(jīng)過多次循環(huán)充放電會呈現(xiàn)出明顯的脹氣現(xiàn)象，對電池使用性能形成明顯影響。相關(guān)研究人員應(yīng)該積極探索，對國外一些先進的研究理念加以借鑒，繼而與我國電池生產(chǎn)行業(yè)的整體情況相結(jié)合，為國家經(jīng)濟發(fā)展注入源源不斷的活力。

參考文獻：

[1]劉燕燕，王綏軍，等.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.

[2]高靜靜，龔本利，等.鈦酸鋰電池脹氣問題的研究進展[J].電源技術(shù)，2015，39（09）：2010-2013.