三元动力电池过充电研究

　　[摘 要]本文主要是以某动力电池生产厂家所生产的三元动力电池为实验研究对象，对三元动力电池的过充电性能予以系统化分析与研究。从而能够更加有效的把握三元动力电池的过充电性能，避免动力电池在过充电过程中出现相关的安全事故，保证动力电池的基本性能与安全性。从而为我国汽车工业的蓬勃发展奠定基础。
　　[关键词]三元动力电池；过充电；
　　中图分类号：S303 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0270-02
　　前言：
　　在我国大力提倡新能源的背景下，我国的汽车工业逐渐迈向了新的发展征程中，逐渐向着新能源方向发展。在这一发展征程中，以电动汽车为核心。随着电动汽车的研发与投放使用，可谓是开辟了汽车工业能源节约化发展的先河，构建起了汽车工业发展的新模式。在电动汽车的所有构件当中，最为重要的就是动力电池。在一定程度上，动力电池就好比于电动汽车的心脏，若脱离开的动力电池，电动汽车将无法实现正常运转，也更无法凸显出电动汽车的功能作用。但是，在动力电池过充电的过程中极易引发起燃与爆炸等安全问题。那么，为了能够有效的避免动力电池在过充电过程中出现相关的安全事故，保证动力电池的基本性能与安全性，就需要对动力电池过充电予以系统的分析与研究。从而能够切实的避免动力电池过充电过程中发生起燃或者爆炸等安全事故，保证广大电动汽车使用者人身安全，为我国汽车工业的可持续发展提供保障。
　　1、三元动力电池过充电的设计方案
　　本次实验研究所应用的电池样品为某动力电池生产厂家所生产的三元动力电池，该电池的型号为186590，属于液态铝壳的锂离子性质电池。在电池制作完成后，通过新威的测试装置对该动力电池予以充放电的性能测试，并对其过充电的安全性能予以测试。本次实验研究过程当中，正负极所应用的是5L的搅拌罐所配制而成的浆料。正极的质量比为：导电的石墨、导电的碳黑、镍钴锰酸锂、2.5∶1∶2.5、PVDF=94；负极的质量比为：导电的碳黑、人造的石墨、1∶1∶2、CMC∶SBR=96。其中，该动力电池负极所应用的是两种石墨。正负极生产120只，型号为186590-10Ah的三元动力电池相关配料。浆料所应用的是转移性的涂布，该涂布需完成其正负极的辗压，辗压到113-117μm范围。同时，该涂布还需完成其负极的辗压，辗压到110-114μm。在电芯片制作完成后，利用2种集采陶瓷的隔膜予以卷绕，待该动力电池装配结束后，利用2种电解液进行注液。本次实验分为八组予以优化分析。
　　本次实验应用的是镍钴锰的酸锂材料，某公司所生产的SS-532B。该负极主要选取的是某厂家所生产的石墨，型号为A1与A2；隔膜分别是B1产家所生产的干法性双向拉伸的PP型号的20μm，其基材加5μm的氧化铝材质的陶瓷层性隔膜，B2产家所生产的干法性单向拉伸的PP型号的20μm，其基材加5μm的氧化铝材质的陶瓷层性隔膜。其电解液，主要应用的是珠海赛维所配置的过充型号电解液，该溶液的体积比为，EC∶EMC∶DEC=1∶1∶1。过充电的添加剂所选用的是环已苯。在实验过程中，在过充电的情况下，该动力电池的产气与升温极易引发爆阀破裂情况的出现，致使电解液瞬间喷发出来。因而，需考虑加入一些高温的添加剂。电解液的C1过充电的添加剂，其总浓度按照1%d的比例进行合理配制，电解液的C2则应当也按照1%来进行过充性添加剂的配制，并在二者中都加入1.5%的高温性添加剂。
　　在本次实验结束后，该动力电池应为满电状态。每个实验设计方案当中选择3只电芯，利用5V/200A型号的稳压电源对1C/5V的过充电予以合理测试。在常温条件下，利用10A的电流对其进行充电，以5.0V的转恒压性充电，一直充电至其电流降至于0.03C。也可在其充电时间到90min后，停止充电。在充电后，应当对该动力电池搁置于1h左右。
　　2、三元动力电池过充电的实验结果及分析
　　本次实验的动力电池按照负极、电解液、隔膜的水平正交性实验搭建，组合成八套实验方案与实验结果。如表1所示，针对每个实验方案的动力电池，都利用1C/5V的过充电予以测试。通过温度探头的测试仪器应用，来对该动力电池的过充电过程中温度的变化予以测试分析。经过测试分析，F：电芯的冒烟、起燃与爆炸等测试结果不予通过。P：记录电池不冒烟、不起燃的测试结果予以通过。对于负极的过充电性能试验分析，分别利用2种隔膜与不同的电解液予以搭配性测试研究。实验方案的1-4，均利用A1的负极；方案5-8均利用的是A2的负极；方案1与5、方案2与7、方案3与6、方案4与8，均为电解液与隔膜等同条件下，不同负极的对比实验研究方案。实验所应用的动力电池为1C/5V的过充电实验测试，利用温度的探头测试仪器，对该动力电池的过充电过程中温度的变化程度予以测试。测试结果表明，A1的负极实验方案中，方案1出现了剧烈性的爆炸，方案2与3均出现了起火情况；而A2负极实验方案中，仅仅是方案5出现了起火情况。如图2所示，从该动力电池的过充温度变化情况中可看出，方案1与5、方案2与7、方案3与6、方案4与8的对比研究，发现利用A2的负极电池其过充的升温速度较慢。而A2的负极相比A1的负极来说，耐过充性较好。
　　如图3所示，B2的隔膜方案中，动力电池的最高温度实际平均数值，相比较于隔膜B1的方案中动力电池最高温度实际平均数值较低。利用B2的隔膜动力电池，其耐国充性较好。对B1、B2隔膜实际性能的对比，其热收缩的性能如图3所示。
　　如图4所示，B2隔膜在110℃条件下，2h横向与纵向的热收缩性相比较于B1的隔膜要好。图5与图6分别是B1与B2隔膜10000倍的电镜。B1隔膜的孔径明显较大，其孔的均一性相比B2的隔膜较差。合理的无机氧化性陶瓷隔膜与基材隔膜其实际的复合能，能够对锂离子电池的过充性能起到改善作用。此外，通过C2电解液，B2隔膜，A2负极的综合性搭配。在1C/5V的过充测试中，最高的温度均值为45℃，能够保障其电芯过充电过程中的安全性。
　　3、结语
　　经过本次实验研究表明，三元动力电池过充电性能的改善，可从隔膜、负极点解液等多方面予以优化。而通过表面整形负极的有效利用，其实际的热伸缩率相对较小、其孔隙的均一性相比较于陶瓷的隔膜较好。同时，通过高温性添加剂与环已苯的过充性添加剂的搭配使用，其过充的电解液能够更好的保障动力电池的电芯1C/5V的过充性。
　　参考文献
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