锂二次电池的高温循环性能及其容量损失

锂离子电池容量

研究与设计

锂二次电池的高温循环性能及其容量损失

李连兴1，唐新村1,2，罗

卓1,曾智文1，肖元化1，陈静波1

(1.中南大学化学化工学院，湖南长沙410083；2.中南大学粉末冶金国家重点实验室，湖南长沙410083)

摘要：研究了锂离子电池在常温和高温60℃时电池的循环性能和容量衰减原因。采用恒流-恒压(CC-CV)充放电制度对锂离子电池在不同温度下进行了300次的充放电循环测试，运用扫描电子显微镜法（SEM）和X射线衍射光谱法（XRD）测试手段对不同温度下循环300次后的锂离子电池电极材料的形貌和结构进行了表征，并运用充放电测试和交流阻抗技术对电池电化学性能进行了研究。结果表明，升高温度后锂离子电池表现出较高的初始容量，但电池的循环稳定性降低，容量衰减速率加快。充电过程中电极极化加剧是导致高温下电池容量迅速衰减的主要原因，而在高温条件下电荷传输电阻增加和由于大量气体的产生使电极发生形变，使放电容量进一步衰减。关键词：锂离子电池;恒流恒压；容量衰减；高温中图分类号：TM912.9

文献标识码：A

文章编号：1002-087X(2009)11-0970-04

Researchoncycleperformanceandcapacityfadingoflithium-ion

secondarybatteries

LILian-xing1,TANGXin-cun1,2,LUOZhuo1，ZENGZhi-wen1,XIAOYuan-hua1，CHENJing-bo1

（1.Collegeofchemistryandchemicalengineering,CentralSouthUniversity,ChangshaHunan410083,China;2.StateKeyLaboratoryofPowderMetallurgy，CentralSouthUniversity,ChangshaHunan410083,China）

Abstract:Thecycleperformanceandcapacityfadingoflithium-ionsecondarybatteriescycledbothatRTand60℃werestudied.

Thecharge-dischargecycleoflithium-ionbatterieswastestedfor300cyclesatdifferent

(CC-CV)

protocol.

Thecharacteristicsof

temperaturesbyconventionalconstantcurrent-constantvoltage

morphologyandstructureaftercyclewereinvestigatedbySEMandXRD,andtheelectrochemistrypropertieswerestudiedbycharge/dischargecycleandEIS.Theresultsshowthattheinitialcapacityincreases,butcyclestabilityoflithium-ionbatteriesdecreasesandcapacityfadingacceleratesatelevatedtemperatures.

Capacityfadingof

lithium-ionbatteriesatelevatedtemperaturecanbeattributedprimarilytotheincreaseofelectrochemistrypolarizationofcathodematerialsandthedeteriorationofthemorphologyandstructure,anditgetsevenworseduetothestructurechangeofactivematerialsresultingfromamassofgasproducedatelevatedtemperatures.Keywords:lithium-ionbattery;CC-CV;capacityfade;elevatedtemperatures电子设备小型化和微型化的飞速发展,促进了人们对高性能电池的研究与应用。锂离子电池是目前比能量最高的可充电电池，它以嵌锂的化合物取代了金属锂作为阳极，从而克服了传统锂电池中锂阳极的钝化与锂枝晶问题。随着电动汽车或混合电动汽车的迅速发展和人们环保意识的不断增强，作为首选动力电源的大型锂离子电池得到迅速开发。大型锂离子电池充放电电流大、体积大、散热难，在充放电过程中容易导致电池升温，使得锂离子电池的循环寿命在一定程度上有所降低，很大程度上限制了锂离子动力电池的开发及其应用[1]。近年来，关于锂离子电池在常温及45℃下的容量衰减

收稿日期：2009-04-15

基金项目：国家自然科学基金资助项目(20676152;20876178)作者简介：李连兴（1984—），男，湖北省人，硕士研究生，主要研究方向为电化学，锂离子电池正极材料。

和循环性能有大量的研究报道[2-3]，在高温60℃时商品锂电池的循环性能却报道较少。然而现代社会很多电子设备要求电池能在高达60℃的情况下正常工作，因此对锂电池高温条件下的性能研究和容量衰减机理分析具有一定的实际意义。本文对锂离子电池在高温下的循环性能和容量衰减情况进行了初步的研究，这些研究结果对锂电池在高温条件下的工作状况具有一定的参考价值。

1实验

实验研究采用的锂离子电池是由比亚迪股份有限公司生产的额定容量为950mAh的LP063450AR型方型锂离子电池。电池分别在25℃和60℃下进行1C倍率(950mA)充放电循环测试，采用恒流恒压充电制度(CC-CV)和恒流放电制度，充放电电压范围为3.0～4.20V，首先以1C恒流充电至4.2V，再以4.2V恒压下充电直至电流小于20mA，然后以1

Biography:LILian-xing(1984—),male,candidateformaster.联系人：唐新村副教授

C恒流放电至终止电压为3.0V，如此循环充放电300次，

循

2009.11Vol.33No.11

970