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（漳州萬(wàn)寶能源科技股份有限公司 福建 363000）

1.前言

鋰離子電池關(guān)鍵技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化，是國(guó)家輕工行業(yè)鼓勵(lì)發(fā)展的“高技術(shù)綠色電池產(chǎn)品制造”產(chǎn)業(yè)；科技部關(guān)于《國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品計(jì)劃優(yōu)先發(fā)展技術(shù)領(lǐng)域》中，也把鋰離子電池以及相關(guān)產(chǎn)品及技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展技術(shù)領(lǐng)域。鋰離子電池通常由正、負(fù)極板、隔膜和電解液組成。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，鋰離子電池可分為動(dòng)力、消費(fèi)和儲(chǔ)能等3種類型。由于鋰離子電池是一種新型的具有大功率密度的電池，被認(rèn)為是21世紀(jì)最理想的綠色環(huán)保電源[1-4]。高能量密度、長(zhǎng)壽命、高安全性和快充電的鋰離子電池是我國(guó)當(dāng)前重點(diǎn)研究和發(fā)展的方向，也是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分?？梢?，開展鋰離子電池關(guān)鍵技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化研究，對(duì)我國(guó)鋰離子電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。本文介紹了一種超長(zhǎng)壽命高安全性快充電鋰離子電池研制中涉及部分核心關(guān)鍵技術(shù)，以期為相關(guān)行業(yè)提供參考。

2.電池電解液及其功能添加劑的開發(fā)

電解液是鋰離子電池重要的組成部分，對(duì)鋰離子電池性能和應(yīng)用有很大影響。開發(fā)電解液是超長(zhǎng)壽命、高安全性和快充電磷酸鐵鋰電池實(shí)用化的關(guān)鍵之一。多元有機(jī)溶劑體系是目前廣泛使用的電解液有機(jī)溶劑。本文研制的有機(jī)溶劑是在傳統(tǒng)的EC、DEC和EMC組合的基礎(chǔ)，提高了EMC的含量，并加入PA，以改善電池的倍率充放電及低溫充電性能。這是由于EC具有介電常數(shù)高、電解液的電導(dǎo)率高、與電極相容性好等特點(diǎn)，但其價(jià)格較高，且粘度高和熔點(diǎn)高，不利于鋰離子的遷移和電池的低溫使用；而DEC和EMC粘度低，有益于鋰離子的遷移，且價(jià)格相對(duì)低，但其介電常數(shù)低，影響電解液的導(dǎo)電率；EMC的熔點(diǎn)低，低溫性能好，安全性高；DEC熔點(diǎn)隨比EMC高，但比DMC的熔點(diǎn)低，屬于居中水平。這些有機(jī)溶劑的組合有助于提高電解液的導(dǎo)電率，安全性和拓寬電解液的使用溫度范圍等特點(diǎn)。

功能添加劑的研發(fā)是磷酸鐵鋰電池電解液的核心。本文主要對(duì)SEI膜優(yōu)化劑、提高電解液電導(dǎo)率的添加劑、提高電池高溫性能和低溫性能添加劑等開展研究。研究了所選擇的添加劑，包括復(fù)合添加劑對(duì)電池循環(huán)性能、高溫存儲(chǔ)、過(guò)充、熱沖擊、低溫放電性能、高溫放電性能和高倍率充放電性能的影響，特別是對(duì)磷酸鐵鋰電池低溫性能、高溫性能、循環(huán)壽命、安全性能和高倍率充放電性能等的影響。在添加劑中，PS含量一般優(yōu)選為0.8%，并用含硫添加劑和醚類添加劑來(lái)加強(qiáng)高溫存儲(chǔ)和高溫循環(huán)性能，同時(shí)還添加鋰鹽添加劑來(lái)改善低溫充電性能。開發(fā)的電解液及其添加劑的配方為：

其他添加劑（含硫和醚類添加劑以及鋰鹽添加劑等組成），0-10%含硫添加劑和醚類添加劑來(lái)加強(qiáng)高溫存儲(chǔ)及高溫性能，同時(shí)還添加鋰鹽添加劑來(lái)改善低溫充電性能。

3.設(shè)計(jì)了一種鋰離子電池安全防爆結(jié)構(gòu)

不論是采用疊層式或卷繞式結(jié)構(gòu)的電極隔離組件，其電池在使用過(guò)程中，均可能發(fā)生內(nèi)部短路、膨脹、爆炸等現(xiàn)象，對(duì)人身、財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生危害。本文設(shè)計(jì)了一種鋰離子電池安全防爆結(jié)構(gòu)，解決了疊層式和卷繞式電極隔離組件易發(fā)生內(nèi)部短路、膨脹、爆炸等問題，可大大避免電池內(nèi)壓過(guò)大而產(chǎn)生爆炸的現(xiàn)象。鋰離子電池的安全防爆結(jié)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)如圖1-圖3。圖1為電極隔離組件、正極極耳與金屬片的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為電極隔離組件與負(fù)極極耳的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為防爆結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。

圖1 電極隔離組件、正極極耳與金屬片的立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 電極隔離組件與負(fù)極極耳的立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 防爆結(jié)構(gòu)的剖面示意圖

圖中數(shù)字1至9，分別為上殼蓋1、下殼體2、電極隔離組件3、正極極耳4、負(fù)極極耳5、正電極片6、負(fù)電極片7連接、金屬片8、內(nèi)凹9。

4.12380C1-120mAh型號(hào)超長(zhǎng)壽命高安全性快充電磷酸鐵鋰電池主要性能測(cè)試

(1)循環(huán)性能測(cè)試

測(cè)試采用新威測(cè)試柜5V6A和烤箱等設(shè)備；測(cè)試條件：試驗(yàn)應(yīng)在25℃±2℃的環(huán)境下進(jìn)行，試驗(yàn)過(guò)程中，充電：CCCV 1.5A，3.65V，0.2A截止；放電：CC1.8A，12S；CC0.635A，2.5V（80mAh截止）。每250次循環(huán)測(cè)試一次全容量。

實(shí)測(cè)結(jié)果是：循環(huán)20000次≥100mAh，20000次循環(huán)后電芯的剩余容量/初始放電容量為83%，具有優(yōu)異的循環(huán)性能，結(jié)果如圖4所示。

圖4

(2)溫度循環(huán)測(cè)試

采用恒溫恒濕箱測(cè)試設(shè)備；測(cè)試條件：在23℃±2℃的環(huán)境溫度下，電芯先以0.635A電流放電至2.5V，然后再以1.5A電流恒流充電，當(dāng)電芯達(dá)到3.65V時(shí)，改為恒壓充電，直到充電電流小于或等于200mA后，將其放入恒溫箱中進(jìn)行如下步驟：①72±2℃下保持6小時(shí)；②在30分鐘內(nèi)將溫度下降到-40±2℃并保持6小時(shí)；③在30分鐘內(nèi)將溫度上升到72±2℃并保持6小時(shí)；④重復(fù)上述第2、3步驟共10次；⑤將電芯取出放置于20±5℃下觀察24小時(shí)。

實(shí)測(cè)結(jié)果是：電芯電壓≥90%初始電壓；電芯應(yīng)不漏液、不泄氣、不破裂、不起火。結(jié)果如表1所示。

表1 溫度循環(huán)測(cè)試結(jié)果

5.結(jié)論

（1）研發(fā)了一種超長(zhǎng)壽命高安全性快充電鋰離子電池電解液及其添加劑的配方。

（2）設(shè)計(jì)了一種鋰離子電池安全防爆結(jié)構(gòu)，解決了疊層式和卷繞式電極隔離組件易發(fā)生內(nèi)部短路、膨脹、爆炸等問題，可大大避免電池內(nèi)壓過(guò)大而產(chǎn)生爆炸的現(xiàn)象。

（3）開發(fā)出三種型號(hào)（12380C1-120mAh、12380C1-200mAh和12380C1-250mAh）的磷酸鐵鋰電池，并測(cè)試了電池的循環(huán)、容量保持和安全等性能，均具有超長(zhǎng)壽命高安全性快充電等特點(diǎn)，已批量應(yīng)用電子煙等消費(fèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，出國(guó)歐美等市場(chǎng)。