高功率钛酸锂电池倍率及低温性能研究

段泉滨　邱慧敏　赵程

【摘 要】以钛酸锂为负极，锰酸锂为正极制作了32670型圆柱锂离子电池，并对其常温倍率及低温性能进行了研究。结果表明钛酸锂负极锂离子电池具有优异的常温倍率及低温放电性能，但电池低温充电性能相比其放电性能略差。

【关键词】钛酸锂；锂离子电池；倍率；低温

目前，商业化的锂离子电池主要采用碳基材料作为负极，但其存在着安全及循环稳定性能差等缺点。为解决这一问题，研究人员引入了钛酸锂材料，它属于一种“零应变材料”，同时放电平台可达1.55V，不易产生锂晶枝，稳定性高，安全性有了极大提高，越来越成为研究的热点。本文采用钛酸锂为负极，锰酸锂为正极，制作了高功率性能的2Ah圆柱形32670电池，并对其倍率及低温性能进行了研究。

1 实验

电池制作：正极采用锰酸锂，负极采用钛酸锂材料，然后正负极均以20μm厚的铝箔作为集流体进行涂布及极片制作，电池隔膜采用了40μm日本NKK纸隔膜。电池整体采用了卷绕工艺，并采用了极组两端露箔的箔极耳的结构，各连接部位采用激光焊接，焊接面积均达5mm2以上，由此制备出功率性能优异的32670型样品电池。

2 结果与讨论

2.1 常温倍率放电性能

常温下，采用1C电流给电池充满电，然后采用不同放电电流放电，测定电池放电容量及放电曲线。钛酸锂电池具有平稳的放电平台和非常优异的大倍率放电性能，电池在20C电流的情况下，放电容量仍能够达到1C放电容量的94.48%，但随着放电电流的增大，放电平台逐渐降低。

2.2 常温倍率充电性能

常温下，电池采用1C电流完全放电后，采用不同充电电流给电池充电，测定电池恒流充电至2.8V的充电容量及曲线。钛酸锂电池相比传统锂离子电池充电性能更加优异，5C充电仍能达到1C时的90%左右，但是和其放电倍率相比性能略低，采用20C充电，恒流只能充入1C时的42.13%，充电平台上升更加明显。

2.3 低温倍率放电性能

常温下，电池采用1C电流充满电后置于恒温箱中保持8h，然后采用不同倍率电流进行放电，测定其放电曲线，放电终止电压设定为1.2V，恒温箱温度分别设置为-20℃、-40℃。图1、2分别是电池不同温度下倍率放电曲线。由放电曲线我们可以看出电池在-20℃时，电池大电流放电极化已较大，但15C仍能放电90%以上，在此温度下电池初始极化较大，随电池放电，电池内部温度升高，极化减小，-40℃时，电池采用1C放电能放出75%左右的容量，5C放电极化较大，开始电压快速下降至1.2V以下，无法正常稳定放电。

2.4 低温倍率充电性能

常温下，电池采用1C电流完全放电后置于恒温箱中保持8h，然后采用不同倍率电流进行充电，测定其充电曲线，恒温箱温度分别设置为-20℃、-40℃。由充电曲线我们可以看出低温状态下，电池充电极化较大， -20℃充电电流只能位于3C以下，采用5C、10C电流已无法恒流充电，至-40℃，0.1C充电也只能恒流充入电池35%左右的电容量。

2.5 电池交流内阻随温度变化

常温下，将1#电池充满电，2#电池采用1C放电完全，然后分别将两只电池置于不同温度的恒温箱内恒温8h，使用交流内阻测试仪（1KHz）测量电池交流内阻，绘制电池交流内阻随温度变化曲线，图3。由图中可以看出，电池交流内阻随温度降低逐渐增大，其中满电状态电池内阻增大比完全放电电池要快，-40℃时，满电电池内阻增大至原来的365%，完全放电电池内阻增大至原来的285%。

3 结论

采用锰酸锂为正极，钛酸锂为负极的锂离子电池具有优异的常温倍率充放电性能及低温放电性能，常温状态电池20C放电仍能放出容量的94%以上，5C恒流充电能充入1C时的89%以上，在低温状态时，电池内阻随温度降低逐渐增高，-20℃仍能正常进行15C放电，-40℃ 1C放电可以放出75%以上的电量，但电池低温充电性能较其放电性能稍差，到-40℃，0.1C恒流充电也只能充入电池35%左右的电容量。

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[责任编辑：汤静]