论文《锂离子电池的制备》(4)

迅速动作，切断通路，实现过流保护）

3. 材料以及电池的制作工艺，管理等的因素。

一般来讲，18650 锂电池的一些数据：容量 1800-2500mAh （0.5CA 放电）标称电压: 有 3.6V/3.7V 电池内阻:≤70mΩ (带 PTC) 放电终止电压:3.0V 充电上限电压:4.20±0.02V

标准充电电流:0.5CA 快速充电电流:1CA 标准放电电流:0.5CA快速放电电流:1CA 最大直径（φ）18.3单位(mm) 最大高度（H）65.0最大放电电流:2CA 电池重量:45±6g。在化成时，用稍高电压（锂离子电池最高可以到4.22V,再高有可能爆壳，漏液），可以使电解液比较好的浸润电极，使锂离子激活更彻底一些，激活时间也会相应缩短节省这一步骤的时间，而反应热在不损害电池本身的情况下又可以给电池内部的反应提供一个能比较快速反应的环境（温度高反应速度加快）。

4.锂电池的一些标准如下: （1）电性能：

① 额定容量：0.5C放电，单体电池放电时间不低于2h，电池组放电时间不低于1h54min（95%）；

② 1C放电容量：1C放电，单体电池放电时间不低于57min（95%），电池组放电时间不低于54min（90%）；

③ 低温放电容量：-20℃下0.5C放电，单体或电池组放电时间均不低于1h12min（60%）；

④ 高温放电容量：55℃下0.5C放电，单体电池放电时间不低于1h54min（95%），电池组放电时间不低于1h48min（90%）；

⑤ 荷电保持及恢复能力：满电常温下搁置28 天，荷电保持放电时间不低于1h36min（80%），荷电恢复放电时间不低于1h48min（90%）；

⑥ 储存性能：进行贮存试验的单体电池或电池组应选自生产日期不足 3个月的，贮存前充50％～60％的容量，在环境温度40℃±5℃，相对湿度45％～75％的环境贮存90 天。贮存期满后取出电池组，用0.2C充满电搁置1h后，以0.5C恒流放

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电至终止电压,上述试验可重复测试3次，放电时间不低于1h12min（60%）；

⑦ 循环寿命：电池或电池组采用0.2C充电，0.5C放电做循环，当连续两次放电容量低于72min（60%）时停止测试，单体电池循环寿命不低于600 次，电池组循环寿命不低于500次；

⑧ 高温搁置寿命：应选自生产日期不足三个月的单体电池的进行高温搁置寿命试验，进行搁置前应充入50%±5%的容量，然后在环境温度为55℃±2℃的条下搁置7天。7 天后将电池取出，在环境温度为20℃±5℃下搁置2～5h。先以0.5C将电池放电至终止电压，0.5h后按0.2C进行充电，静置0.5h 后，再以0.5C恒流放电至终止电压，以此容量作为恢复容量。以上步骤为1周循环，直至某周放电时间低于72min（60%）,试验结束。搁置寿命不低于56天（8周循环）。

（2）安全性能：

① 持续充电：将单体电池以0.2ItA 恒流充电，当单体电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电并保持28d，试验结束后，应不泄漏、不泄气、不破裂、不起火、不爆炸（相当于满电浮充）。

② 过充电：将单体电池用恒流稳压源以3C恒流充电，电压达到10V后转为恒压充电，直到电池爆炸或起火或充电时间为90min 或电池表面温度稳定（45min 内温差≤2℃）时停止充电，电池应不起火、不爆炸（3C10V）；将电池组用稳压源以0.5ItA 恒流充电，电压达到n×5V（n为串联单体电池数）后转为恒压充电，直到电池组爆炸或起火或充电时间为90min 或电池组表面温度稳定（45min 内温差≤2℃）时停止充电，电池应不起火、不爆炸。

③ 强制放电（反向充电）：将单体电池先以0.2ItA恒流放电至终止电压，然后以1ItA电流对电池进行反向充电，要求充电时间不低于90min，电池应不起火、不爆炸；将电池组其中一只单体电池放电至终止电压，其余均为充满电态的电池，再以1ItA 恒流放电至电池组的电压为0V时停止放电，电池应不起火、不爆炸。

④ 短路测试：将单体电池经外部短路90min，或电池表面温度稳定（45min 内温差≤2℃）时停止短路，外部线路电阻应小于50mΩ，电池应不起火、不爆炸；将电

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池组的正负极用小于电阻0.1Ω的铜导线连接直至电池组电压小于0.2V或电池组表面温度稳定（45min 内温差≤2℃），电池应不起火、不爆炸。

（3）机械性能：

① 挤压：每只电池只能接受一次挤压，其试验结果应符合规定。在电池组上放一直径为15cm的钢棒对电池组的宽面和窄面挤压电池组，挤压至电池组原尺寸的85%，保持5min，每个电池组只接受一次挤压。

③ 重物冲击：单体电池是圆柱形时，撞击方向垂直于圆柱面的纵轴；单体电池是方形时，要撞击电池的宽面和窄面，每只电池只能接受一次撞击。

④ 机械冲击；将电池或电池组采用刚性固定的方法（该方法能支撑电池或电池组的所有固定表面）将电池或电池组固定在试验设备上。在三个互相垂直的方向上各承受一次等值的冲击。至少要保证一个方向与电池或电池组的宽面垂直，每次冲击按下述方法进行：在最初的3m/s内，最小平均加速度为735m/s2，峰值加速度应该在1225 m/s2 和1715 m/s2 之间。

⑤ 振动：将电池或电池组直接安装或通过夹具安装在振动台面上进行振动试验。试验条件为2频率10Hz～55Hz，加速度29.4 m/s ，XYZ每个方向扫频循环次数为10次，扫频速率为1oct/min。

⑥ 自由跌落：将单体电池或电池组由高度（最低点高度）为 600mm的位置自由跌落到水泥地面上的20mm厚的硬木板上，从XYZ三个方向各一次。自由跌落结束后。

（4）环境适应性：

① 高温烘烤：将单体电池放入高温防爆箱中，以（5±2℃）/min升温速率升温至130℃该温度下保温10min。

② 高温储存：将单体电池或电池组放置在75±2℃的烘箱中搁置48h，电池应，应不泄泄气、不破裂、不起火、不爆炸。

③ 低气压：（UL标准）。 5.对各组成部份物质的要求

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（1）对正负极物质的要求 ① 正极电位超正，负极电位越负 ② 活性要高（反应快，得胜率高）

③ 活性物质在电解液中要稳定，自溶速度要小 ④ 活性物质要有良好的导电性能，电阻小 ⑤ 便于生产，资源丰富 （2）导电剂的选择： ① 有优异的的导电性

② 化学成份稳定，吸水性小，易贮存 ③ 便于使用

（3）对电解液的要求

① 电导率高，扩散效率好，粘度低 ② 化学成份稳定，挥发性小，易贮存 ③ 正负极活性物质在电液中能长期保持稳定 ④ 便于使用

（4）电解液目前存在的突出问题 ① 与正负极的相容性。

② 随电压升高，电解质溶液分解产生气体，使内压增大，导致对电池空难性的破坏以及升高电池工作温度时溶剂的抗氧化能力较低。

（5）对隔膜要求 ① 有良好的稳定性

② 具有一定的机械强度和抗弯曲能力，有抗拒枝晶穿透能力 ③ 吸水性良好，孔径、孔率符合要求 ④ 便于使用 （6）对外壳要求

① 有较高的机械强度，承受一般的冲击

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② 具有耐工艺腐蚀的能力

五、化学解析

和所有化学电池一样，锂离子电池也由三个部分组成：正极、负极和电解质。电极材料都是锂离子可以嵌入(插入)/脱嵌(脱插)的。

（一）正极

1.正极材料：如上文所述，可选的正极材料很多，目前商业化产品多采用钴酸锂。不同的正极材料对照

正极材料 LiCoO2 LiMn2O4 LiFePO4 Li2FePO4F 平均输出电压 3.7 V 3.7 V 3.2 V 3.6 V 能量密度 140 mAh/g 100 mAh/g 130 mAh/g 115 mAh/g 价格 23.7-24.2万元/吨 4.5-5.5万元/吨 12-15万元/吨 正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。 充电时：LiCoO2 → Li1-x CoO2 + xLi + xe 放电时：Li1-x CoO2 + xLi + xe →LiCoO2

锂离子正极材料的性能: ①金属离子Mn在嵌入化合物LixMyXz中应有较高的氧化还原电位,从而使电池的输出电压高；②嵌入化合物LixMyXz应能允许大量的锂能进行可逆嵌入和脱嵌,以得到高容量,即x值尽可能大； ③在整个可能嵌入 /脱嵌过程中,锂的嵌入和脱嵌应可逆,且主体结构没有或很少发生变化,氧化还原电位随x的变化应减少,这样电池的电压不会发生显著变化；④嵌入化合物会有较好的电子电导率和离子电导率,这样可以减少极化,能大电流充放电；⑤嵌入化合物在整个电压范围内应保证化学稳定性好,不与电解质等发生反应；⑥从实用角度而言,嵌入化合物应该便宜,对环境无污染,质量轻等[4]。

1.正极材料的选择

锂离子电池一般选用过渡性金属氧化物为正极材料。一方面过渡金属存在混合

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