王晨旭;王双双;臧强;杨思文
【摘 要】选用正负极体系相同、结构设计不同的两款电芯,比较不同的结构设计对锂离子电池内阻、倍率性能、功率性能等的影响,结果表明:通过增加极耳数量改变电池结构设计,电池的交流内阻值降低约一倍,相应电池倍率放电时的中值电压升高,温升降低;极耳数量增加、交流内阻降低的锂离子电池相应的直流阻抗也越小,在10％～80％放电深度(depthof discharge,DOD)的区间内,同一交流内阻的锂离子电池直流阻抗变化不大;与直流内阻的变化趋势一致,交流内阻小的锂离子电池的功率较强,在深DOD区间内,锂离子电池的功率均明显降低. 【期刊名称】《电源技术》
【年(卷),期】2018(042)008
【总页数】3页(P1121-1122,1147)
【关键词】锂离子电池;交流内阻;直流阻抗;功率性能
【作 者】王晨旭;王双双;臧强;杨思文
【作者单位】合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究院,安徽合肥230012;合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究院,安徽合肥230012;合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究院,安徽合肥230012;合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究院,安徽合肥230012
【正文语种】中 文
【中图分类】TM912
锂离子电池在移动电子设备、电动工具、电动汽车和工业储能等方面应用潜力巨大，引人注目。尤其是近年来电动汽车市场高速发展，世界各国均在大力开发高能量、高功率的锂离子动力电池。
动力电池需高倍率放电，由于负载电流通过电极时产生极化，电池的工作电压由于浓差极化和欧姆极化的存在而减小，所以电池放电时常有能量损失，电流极小的情况下，电池工作电压近似等于开路电压，有可能将理论能量最大程度释放出来。电池研究的目的之一就是尽量减小放电时电池极化，增加电池可用能量。这类研究主要集中在正负极材料和电池
本身结构两方面[1-3]。根据多孔电极的电化学理论模型[4-5]，减小锂离子电池在高倍率放电下的极化，可采取降低极片厚度，增大电解液的电导率，增大正极、负极材料的电导率或增加导电剂等方式实现。电池内阻对电池的放电性能影响很大，在大电流放电情况下这种影响尤其明显，因此在设计高功率电芯时，必须想办法降低电池的欧姆内阻、降低电池极化，同时降低内阻对于电池的安全性能和放电温升也有有利的影响[6-7]。
极耳作为电池充放电时电流传输的纽带，其导电导热性能的优劣直接影响锂离子电池性能。极耳位置的设计也是很重要的内容，合适的极耳位置能降低电池的欧姆内阻，并降低电池大倍率放电时的温升[8]。莫志波等[9]通过理论计算方法研究极耳位置对圆柱形锂离子电池性能的影响。陈宏等[10]研究了极耳尺寸以及极耳引出方式对锂离子电池高倍率放电性能的影响，探讨了锂电池放电倍率和极耳尺寸的关系，给出了一种合理的极耳引出方式。以上研究工作多集中于理论模拟，其提出的极耳设计方案不一定适用于生产。本文以磷酸铁锂-碳体系的1865140型号电池为研究对象，提出极片极耳位置及数量的两种设计，测试了采用该设计电池的内阻、倍率放电容量等电性参数。
1 实验
该电池正极活性材料是磷酸铁锂(LFP)，负极活性材料为人造石墨；电解液为1 mol/L的LiPF6，溶剂为EC+DMC+DEC。将正极材料在N-N二甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中合浆，负极材料在水溶剂中合浆，然后将正负极浆料分别涂在铝箔和铜箔集流体上，再经制片、卷绕、组装等工序组装成电池。经化成、分容等工序，制备出1865140型动力锂离子全电池。
电池制作中通过改变极耳设计，共制备2款结构不同的锂离子电池，分别为1#、2#电池，1#电池为单极耳结构，2#为双极耳结构。
锂离子电池测试采用新威CT-3004W-5V100A-TF电池检测柜。
2 结果与讨论
2.1 交流内阻
图1所示为不同极耳设计的电池交流内阻。由图1可知，1#电池的平均内阻约5.5 mΩ，2#电池的内阻为3 mΩ，极耳数量的增加直接影响电池内阻，单极耳变为双极耳，后者电池内阻是前者的二分之一。
图1 不同极耳设计的电池交流内阻
2011山西中考英语2.2 倍率放电
尺度效应图2所示为不同倍率放电时中值电压与放电倍率的关系曲线。由图2可知，2#电池倍率放电时的中值电压比1#电池的高，尤其在高倍率情况下，说明2#电池的双极耳结构对于电池倍率性能有一定的改善作用。
图2 中值电压与放电倍率的关系曲线
骑士
图3所示为不同倍率放电时电池的温度上升值与放电倍率的关系曲线。由图3可知，2#电池倍率放电时的温度升高值比1#电池的低，尤其在高倍率情况下更为明显，说明2#电池的双极耳结构在大电流放电时的温度上升较小，更适合大电流放电工况。
图3 温升与放电倍率的关系曲线
2.3 开路电压
图4所示为1#电池在不同温度下的开路电压(OCV)与放电深度(DOD)的关系曲线，图5所示
为2#电池在不同温度下的开路电压与放电深度的关系曲线。对比图4、图5可知，1#电池在常温及高温下的OCV与DOD的关系曲线基本一致，对于2#电池，其在低温下的OCV在不同DOD时的数值稍有降低，这种趋势理论上更符合实际情况，因为在低温下电池内部的锂离子迁移速率等降低，其开路电压也相应的低些，以上说明2#电池的双极耳结构进行放电时产热量也更小。
图4 1#电池不同温度下的开路电压与放电深度的关系曲线
图5 2#电池不同温度下的开路电压与放电深度的关系曲线
半规管2.4 功率性能
本测试采用美国Freedom CAR项目《功率辅助型混合动力汽车用动力电池测试手册》中的混合脉冲功率特性(hybrid pulse power characterization,HPPC)测试方法，可以测试电池不同放电深度下的直流阻抗及功率等[11]。检验检疫局英文
图6为脉冲电流下的直流阻抗与放电深度的关系曲线。由图6可知，受电池极耳设计的影响，电池交流内阻不同，相应的直流阻抗与交流内阻的趋势相同，2#电池的直流阻抗较1#
电池低；1#和2#电池在10%～80%DOD的范围内，阻抗变化均不明显，但在较深DOD区间内，电池阻抗增加较明显，即电池低SOC状态下的做功能力下降较大。
图6 直流阻抗与放电深度曲线
图7所示为脉冲电流下的功率密度与放电深度的关系曲线。由图7可知，锂离子电池的功率随DOD的加深而降低，在浅DOD区间内，电池功率变化不明显，在深DOD区间内，电池功率明显降低。受极耳设计的影响，电池的功率密度差异比较大，1#电池50%DOD的放电和反馈功率分别为291和160 W，2#电池50%DOD的放电和反馈功率分别为362和224 W，进一步说明极耳数量影响电池的交流内阻，交流内阻直接影响锂离子电池的功率性能。
图7 功率密度与放电深度的关系曲线
3 结论
(1)电池极耳设计的改变影响电池内阻，通过极耳数量的增减可以改变电池的内阻。
(2)对应内阻较小的电池倍率放电性能表现更为优异。
(3)通过极耳设计改变电池内阻，从而影响电池功率性能。锂离子电池交流内阻低，直流阻抗也小；在10%～80%DOD区间内，电池直流阻抗变化不大，在深DOD区间内，直流内阻增加及功率降低较明显。
参考文献：
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