電源技術(shù)研究與設(shè)計(jì)高性能18650型鋰離子蓄電池張澤波，劉秀生，薛梅，楊清欣，汪繼強(qiáng)（信息產(chǎn)業(yè)部電子第十八研究所，天津300381）（LiNi0.8Co0.2O2）為正極，中間相炭微珠（MCMB）為負(fù)極的18650型鋰離子蓄電池。電池的放電容量分別大于1700mAh電池比能量達(dá)到了130Wh/kg和350Wh/L.在室溫條件下，0.5C電池的循環(huán)壽命1000次時(shí)，其容量仍為初始容量的60%.70%.以氧化鈷鋰為正極的電池在一40°C.0.2C速率。終止電壓2.5V的條件下，放電容量為室溫容量的60%.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電池安全可靠。

鋰離子蓄電池自1991年商品化以來發(fā)展迅速。目前它不但廣泛用于攝象機(jī)、筆記本電腦、蜂窩電話等便攜式電子設(shè)施，而且正在成為電動(dòng)車、特種通訊、航天、特種領(lǐng)域電子設(shè)施的候選電源111.這就要求電池具有更高的比能量、更長(zhǎng)的工作壽命及良好的高、低溫放電特性。為此我們?cè)囼?yàn)了高性能的正極材料氧化鈷鋰、氧化鎳鈷鋰和負(fù)極碳材料一中間相炭微珠，對(duì)電池設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)電極成型工藝，篩選不同組分和配比的電液體系，研制出具有高性能的18650型鋰離子蓄電池。

以金屬鋰為負(fù)極，采用扣式電池試驗(yàn)了正極材料LiCo2和LiNi0.8Co0.O2的充放電特性。充放電壓范圍3.充放電流密度0.2mA/cm2.研究了負(fù)極炭粉MCMB顆粒度及其分布與電池容量及充放電效率的關(guān)系，并試驗(yàn)了負(fù)電極成型工藝條件。

電液體系的篩選對(duì)電解質(zhì)為1mol/LLiPFf以碳酸乙烯酯（EC）為主體的不同組分〔包括碳酸二乙酯（DEC）碳酸二甲酯（DMC）碳酸乙甲酯（EMC）碳酸丙烯酯（PC）等〕和比例的多元電液體系進(jìn)行試驗(yàn)。研究了其與電極材料的相容性和對(duì)電池容量。充放效率、盾環(huán)壽命。倍率特性。溫度特性的影響。

電池工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)和電極的制作根據(jù)材料的試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)了電池正負(fù)極活性物質(zhì)的配比及電極的工藝參數(shù)。將正極活性物質(zhì)與一定比例的添加劑均勻混和，加到聚偏二氟乙烯/N甲基吡咯烷酮（PVDF/NMP）粘結(jié)液中，攪拌均勻，制成正極漿料，均勻涂于鋁箔基體上。經(jīng)過烘干。壓片。裁片等工藝制成正電極。按同樣方法制成負(fù)電極。

負(fù)電極基體為銅箔。

電池的制作及實(shí)驗(yàn)合隔膜卷繞成極芯，電液為1mol/LLiPFf/EC+DEC+DMC，制成18650型電池。電池采用恒流限壓、直壓限流的充電機(jī)電源技術(shù)制，充放電壓范圍為2.75~4.1V.電池化成電流為0.2C，循環(huán)壽命試驗(yàn)的電流為1A.按ICR18650電池的技術(shù)條件，進(jìn)行了電池的倍率（1C）、低溫（一20C、一30C、一40C）、循環(huán)壽命試驗(yàn)及安全特性試驗(yàn)。其中安全特性試驗(yàn)包括過充（3C充電、限壓10V）、短路（電阻小于50線路內(nèi)短接）、沖擊（10kg重物、2/3m5mm尖針刺透）、熱箱（150°C環(huán)境下放置）等。所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集，試驗(yàn)現(xiàn)象遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控記錄。電池的電性能試驗(yàn)在ArbinBT-2401自動(dòng)充放電儀上進(jìn)行。

以LiNi2為主體的三方晶系結(jié)構(gòu)。LiNi0.8C0.22材料的第一次充放電比容量分別為180mAh/g和150mAh/g這明顯高于LiC2的比容量。而且它的第一次高的充電容量為電池的設(shè)計(jì)提供了良好的基礎(chǔ)。因?yàn)殇囯x子蓄電池的碳電極在第一次充電時(shí)，要在其表面生成一層固體電解質(zhì)保護(hù)膜，消耗一定量的正極活性物質(zhì)成為不可逆容量。米用LiNi0.Co0.O2作正極時(shí)，電池設(shè)計(jì)不必考慮過多增加正極活性物質(zhì)量。

平均每次循環(huán)容降0.04%.電池以1C、2C速率放電容量分別為初始容量的99.4%和98.9%.電池具有良好的低溫放電特性，在一MCMLiCoO2電池倍率放電曲線°以0.30時(shí)，以率放電容量達(dá)到了初始容量的80%；在一40時(shí)以0.2C速率放電達(dá)到了初始容量的60%.電池良好的低溫放電特性主要是電極材料和電MCMLiCoO2電池低溫放電峨液共同作用的結(jié)果。尤負(fù)極的18650型鋰離子蓄電池放電特性曲線。電池的放電容量大于1700mAh，電池在室溫、充放電壓2.75放電效率由87%提高到90.6%.并且在優(yōu)化的電液體系中，電池的充放電效率可提高到近92%.通過改進(jìn)電極成型加工工藝，提高了電池循環(huán)的穩(wěn)定性。

~是以Li-CoO2為正極、MCMB為負(fù)極的18650型鋰離子蓄電池的放電特性曲線。

41V、1A放電電流、100%DOD條件下，循環(huán)壽命超過1000次，平均每次循環(huán)容降0.04%.電池良好的循環(huán)壽命主要得益于電極在電解液中的穩(wěn)定性31.電池以1C、2C速率放電容量分別為初始容量的945%和89.8%.電池在一由圖可知，放電容量大于1550mAh，電池在室溫、充放電壓2.75~41V、1A放電電流、100%DOD條件下，循環(huán)壽命超過1000次，C時(shí)以0.2C速率放電容量為初始容量的80.5%，一30C時(shí)放電容量為初始容量的57.1%.~2為電池的安全特性試驗(yàn)曲線。

電池低溫放電曲線過充、短路、沖擊等項(xiàng)試lowtemperature驗(yàn)中，電池的取溫度低于120C無起火、爆炸研究與設(shè)計(jì)現(xiàn)象發(fā)生，安全可靠。這是因?yàn)樵陔姵氐脑O(shè)計(jì)及制作中，從材料、結(jié)構(gòu)、安全裝置等多方面采取了安全保護(hù)措施。

3結(jié)論通過試驗(yàn)和選擇電極材料，改進(jìn)電極成型工藝，篩選電液體系，優(yōu)化電池設(shè)計(jì)和安全設(shè)計(jì)，研制成了為正極、MCMB為負(fù)極的18650型鋰離子蓄電池。電池具有較高的放電容量和1700mAh）高的比能量（130Wh/kg和350Wh/L）長(zhǎng)的工作壽命（1000次）和良好的低溫放電性能（一40°C）。電池工作安全可靠，能滿足不同領(lǐng)域?qū)﹄姵氐奶厥庖蟆?/p>