18650型三元鋰離子電池的制備

黃鋒濤 閆曉前

摘?要：作為一種節(jié)能環(huán)保的新能源，鋰離子具有非常好的應(yīng)用前景，以鎳鈷錳酸鋰為正極材料，石墨為負(fù)極材料，制成容量為1300mAh的三元鋰離子電池，電池經(jīng)過1C倍率測試循環(huán)性能達(dá)到1000次以上，經(jīng)過針刺安全測試后沒有安全問題。

關(guān)鍵詞：鋰離子電池;循環(huán)壽命;安全性;三元材料

中圖分類號：TM912.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Preparation of model 18650 ternary lithium ion battery

Huang Fengtao?Yan Xiaoqian

Department of Chemical Engineering，Shaanxi National Defense Industry Vocational Technology Institute?ShanxiXian?710300

Abstract：As a new energy-saving and environmental protection energy source，lithium ion has a very good application prospect.With nickel-cobalt-manganate as the positive electrode material and graphite as the negative electrode material，a ternary lithium ion battery with a capacity of 1300mAh was made.The battery has been tested at 1C rate The cycle performance has reached more than 1000 times，and there is no safety problem after the acupuncture safety test.

Key words：Li-ion battery;cyclic performance;safty;The ternary material

鋰離子電池用三元正極材料是目前非常前沿的新能源材料，相比傳統(tǒng)的鋰離子電池，三元材料鋰離子電池的放電容量較高，放電功率較大，安全性能較好，價格相對低廉[1-2]。作為最為核心的新能源電池關(guān)鍵點(diǎn)部分，尋找合適的正極材料是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。層狀的鎳鈷錳酸鋰材料理論的容量達(dá)到260mAh/g以上。實(shí)際容量達(dá)到150mAh/g，電壓平臺較鈷酸鋰高，18650型鋰離子電池是目前應(yīng)用最為廣泛的一種圓柱形鋰離子電池，可以應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品，也可以應(yīng)用于新能源汽車[3-5]，本文作者制成一種可以汽車用的18650型三元鋰離子電池。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 電池的制備

電池用鎳鈷錳酸鋰為正極材料，石墨為負(fù)極材料，導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑聚偏氟乙烯PVDF按照94：3：3的比例混合均勻，并溶于NMP中?；旌暇鶆蛲坎加?5微米厚度的鋁箔中，負(fù)極用石墨，導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按照百分比為93∶3∶4的比例混合均勻涂布于10微米厚度的銅箔中，正極面密度為27mg/cm2，負(fù)極面密度為14mg/cm2，然后正極和負(fù)極經(jīng)過滾壓，壓實(shí)密度分別為3.2g/cm3和1.4g/cm3;電池的設(shè)計容量為1300mAh。

1.2 電池的化學(xué)性能測試

電池的充放電性能采用新威爾電池測試儀，電壓測試范圍為2.8-4.2V，電池的大功率性能是利用高功率電池測試儀，電池的安全性能用拜特電池測試儀。

2 結(jié)果與討論

2.1 電池的容量和放電曲線圖。

圖1是經(jīng)過化成后的電池不同倍率下測試的容量圖。由圖看出1C倍率下電池的容量為1330mAh，達(dá)到了設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)1300mAh，另外由圖知，電池1C倍率下放電時，電池的平均電壓平臺為3.6V，較為理想，當(dāng)電池容量為5C時，電池的容量仍然可以達(dá)到1300mAh，說明電池的具有很好的充放電效率，其中由于電池的極化作用，電池的放電平臺有所降低，仍可以達(dá)到3.5V作用，當(dāng)達(dá)到10C倍率時，電池的容量已經(jīng)有所降低，達(dá)到900mAh，為1C倍率下的70%以上。電池能夠很好的在大倍率下放電，容量損失非常的小。

2.2 電池的循環(huán)性能

圖2是電池的循環(huán)壽命性能圖，按照電池在常溫下1C倍率下進(jìn)行充放電，電池的最開始容量為1330mAh，經(jīng)過1500次循環(huán)以后，電池的容量為1100mAH，可以達(dá)到最初容量的81%左右，說明電池具有極其好的循環(huán)性能，由于鋰離子的反復(fù)嵌入和脫出，但電池正極材料的結(jié)構(gòu)并未被破壞，更沒有發(fā)生電池材料的結(jié)構(gòu)塌陷，電池保持了很好的循環(huán)壽命。

2.3 電池的安全性能

作為電池的最為關(guān)鍵性能指標(biāo)，人們在利用任何新能源最為看重的首先是安全，因此我們選用已經(jīng)做好的電池，將電池按照標(biāo)準(zhǔn)0.2C倍率充滿，然后擱置24小時以上，使用拜特電池測試儀進(jìn)行電池儀安全測試，利用4mm直徑的鋼針沿著電池的側(cè)面直接刺穿電池，電池發(fā)出刺耳的聲音，但電池并未發(fā)生爆炸，電池的蓋帽完好無損，說明電池在非常極端的條件下仍然保持良好的安全性，避免了意外的發(fā)生。

3 結(jié)論

利用三元鎳鈷錳材料為正極，石墨為負(fù)極材料，制成了18650型的鋰離子電池，通過測試顯示，電池具有很大的功率性能，5C以上的倍率仍可以達(dá)到1C倍率下放電容量99%以上，電池的循環(huán)性能很好，經(jīng)過1000次以上仍可以達(dá)到最初容量的80%，電池的壽命已經(jīng)超過1000次。在最為極端的針刺實(shí)驗(yàn)下，電池沒有起火和爆炸，表面電池具有良好的安全性能和電化學(xué)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒邦坤，丁楚雄，陳春華.鋰離子電池研究與幵發(fā)的新進(jìn)展[J].中國科學(xué)：化學(xué)，2014，44（7）：1104-1105.

[2]陳鵬，肖冠，廖世軍.具有不同組成的鎳鈷錳三元材料的最新研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2016，35（1）：166-174.

[3]侯倩，李春雷，崔孝玲.鋰離子電池三元正極材料的制備研究進(jìn)展[J].化工新型材料，2017，45（6）：23-25.

[4]李偉善.儲能鋰離子電池關(guān)鍵材料研究進(jìn)展[J].新能源進(jìn)展，2013，1：95-105.

[5]吳哲，胡淑婉，曹峰.鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的研究進(jìn)展[J].電源技術(shù)，2018，42（7）：1079-1081.

課題項(xiàng)目：陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項(xiàng)目?新能源汽車用新型大功率鋰離子電池的設(shè)計與開發(fā)，項(xiàng)目編號：Gfy19-48

作者簡介：黃鋒濤（1986-），男，陜西人，碩士，講師，主要從事鋰離子電池研究。