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采用扣式电池模块对磷酸铁锂材料测量

时间:2022-12-19 21:18:45 点击:

本文将在研究扣式电池结构的基础上,探讨锂离子电池充放电体系中材料的变化规律,研究利用扣式电池评估材料的方法和工艺参数,以利用扣式电池模块评估磷酸铁锂正极材料的循环性能,实现简便、低成本、迅速地测定材料的充放电循环性能.

 一、实验
在充满纯度为99.9% 高纯氮的手套箱中,用LiFePO 正极材料(自制)做正极,金属锂片做负极,电池隔膜采用Celgard 2400(PE)膜,电解液采用天津金牛公司的JN9071电解液(主要成份为EC,EMC,DMC,LiPF6和其他添加剂),用天津量诺公司的锂离子扣式电池模块组装扣式电池.正极采用92%LiFePO +4% 导电剂+4% PVDF的配方,以NMP作溶剂,经打浆制成浆料,在铝箔上涂布后干燥制成.电池模块内腔采用CR2430标准尺寸.扣式电池模块的结构如图1所示:
扣式电池模块结构
1.下壳2.上壳3.密封垫4.上模块5.锂片6.隔膜7.LiFePO
图1 扣式电池模块结构
Fig.1 The structure of button Li battery



将组装好的电池模块采用CT2001 A电池测试系统在室温25℃下进行测试,标记为样品A.对比实验方案:用传统的扣式电池组装方法,将正极片、隔膜、负极片在扣式电池壳内组装好,在压力机上用模具封口,采用CT2001A电池进行测试.标记为样品B.

二、结果与讨论
用不同测试方法得到的0.2 C倍率下的首次充放电曲线,如图2图2 0.2 C倍率下的首次充放电曲线Fig.2 Initial charge/discharge voltageprofdes at 0.2 C rate从0.2 C倍率下首次充放电曲线可以看出,用扣式电池模块测试的电池和直接封装成型的电池首次充放电曲线没有明显变化,即用于普通克容量测量时,两者区别不大.利用样品B进行循环性能测量时,1C/1C循环性能如图3.由于样品B不能进行拧紧力、密封性的调整,本文采用样品A实验不同参数下的改进效果.以循环200次后的剩余容量保持率作为判定标准.
选用不同密封垫圈时,样品A测量的循环性能 变化规律
可见丁苯橡胶效果最好.硅橡胶可能会与电解液中的氢氟酸发生反应,而其他材质密封性差,均不如丁苯橡胶容量保持率高.直径过小,存在发生正负极短路可能,直径过大会影响密封效果,可见隔膜直径以 24 mm为宜.综合看来,用扣式电池模块制造电池,当拧紧力达到45 ,丁苯橡胶为密封垫圈材料,隔膜尺寸为24 mm时,循环性能最好.以上参数为优化工艺参数,组装成扣式电池模块,测量在最优条件下的电池循环性能

从1C/1C倍率下循环性能曲线可以看出,用扣式电池模块测试,可以达到循环500次无衰减.因此,用扣式电池模块能够很好的反映出电池材料的真实循环性能.对实验过程进行如下分析:正负极充放电过程中厚度会发生变化.通过对放电后的电池分析发现,样品A经历500次循环后,正极依然保持完整,这是由于在充放电过程中,扣式电池是利用密封垫压紧的,具有弹性压紧力调节机制,可以保证正极具有移动空间.而样品B是紧密压合的,极片不能实现空间移动.随着充放电过程的进行,正极在巨大的压紧力下会破碎.电池拆解也证明了这一点.因此,采用样品A可以实现长时间的循环测试,从而评价材料的寿命指标.

三、 结论
扣式电池模块用于磷酸铁锂正极材料的循环测试,可以很好的的反映电池材料的优良循环性能.扣式电池模块测试500次后,放电容量仍高于首次放电容量的100%,较传统的扣式电池明显改善,说明体系得到最大程度的优化.长期实验证明,用模块封装的电池成功率接近百分之百,且克容量误差在2 mAh/g之内.用扣式电池模块对磷酸铁锂材料测量是一种操作简便、密闭性好、易于拆解、检测效率高的测试手段.