“充电5分钟，通话2小时”这句广告语所包含的充电机充电锂电池面密度、压实密度的参数设计思路
2017-9-5 10:47:34 点击：
充电机充电锂离子蓄电池是由正极活物质、负极活物质、隔阂、电解液、充电机充电蓄电池壳等要害资料及零部件组成的，在充电机充电新蓄电池的开发之前，需求对充电机充电蓄电池进行规划。充电机充电蓄电池规划也就是依据设备运用要求，为设备规划出符合条件的充电机充电蓄电池。在此过程中，不只要考虑作业电压、电流、作业环境等，还要考虑充电机充电蓄电池的体积、作业时间、充电机充电蓄电池功能等。
我们日常运用手机、充电宝等产品时，寻求在必定体积内充电机充电蓄电池容量越高越好。影响充电机充电蓄电池功能和容量的要素有多个，例如活物质、电解液、隔阂、充电机充电蓄电池的结构、极片生产工艺等等。今日跟我们共享的是在极片规划中影响充电机充电蓄电池容量和功能的要害参数：面密度和压实密度。在活物质、电解液等资料一致的状况下，极片的面密度和压实密度对充电机充电蓄电池有重要的影响。
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面密度对充电机充电蓄电池的影响
1.1面密度对充电机充电蓄电池放电比容量的影响
“充电五分钟，通话一小时”是我们常常听到的广告，广告涉及到的内容其实是充电机充电蓄电池的快充功能。充电机充电蓄电池快充功能与充电机充电蓄电池极片的面密度和压实密度密切相关，为了验证不同面密度对充电机充电蓄电池快充的影响，使用钴酸锂为正极、石墨为负极制作了软包充电机充电蓄电池。图1是不同面密度极片的充电机充电蓄电池在快充（6C）条件下的循环体现。由图1 可以看出，6 C 大电流充电时随正极面密度的减小，其放电比容量显着提升，且循环进步。
1.2面密度对充电机充电蓄电池内阻的影响
充电机充电蓄电池在循环过程中，锂离子不断的脱嵌、嵌入，进行摇椅式运动。跟着循环次数的添加，必定会有锂离子脱嵌失利、锂金属分出、电解液氧化分化、产气等副反响发作。一般，充电机充电蓄电池的内阻会跟着充电机充电蓄电池运用时间的延伸而逐步增大，即内阻改变越小，充电机充电蓄电池循环寿数越长。表1是不同面密度充电机充电蓄电池循环必定次数后内阻的改变状况，这也反响了不同面密度对充电机充电蓄电池内阻的影响。由表1可知面密度为150 g/m2时，充电机充电蓄电池初始电阻最小，大电流充电后充电机充电蓄电池内阻添加较小；跟着面密度添加，充电机充电蓄电池内阻增大，在充放电循环中充电机充电蓄电池内阻添加也较大。
不同面密度极片在SEM下如图3所示。可见，极片面密度越低，资料的孔隙率增大，单位质量的资料电解液的吸附量因而增大，相应的减小溶液触摸电阻；另一方面较小的面密度，极片厚度较小，减小锂离子的分散距离，一起面密度越小，正负极资料的浓度差越小，下降分散的阻力，进步锂离子在资猜中的分散速度；且极片越薄，在充放电中锂离子不断的嵌入与脱出对极片结构形成的改变也越小；一起，面密度较小，化成时形成的SEI 薄而稳定，削减锂离子在SEI 膜中的搬迁阻力。而面密度较大时，界面电阻增大，然后下降锂离子在资猜中分散速度，当大电流充电时，锂离子不容易从资猜中脱出，易形成极化，可逆锂离子削减，因而容量衰减。由此可见，想要使充电机充电蓄电池具有优异的倍率功能，则需求下降极片的面密度。可是，这必将以充电机充电蓄电池的容量为代价，快充快放与充电机充电蓄电池容量不行兼得，需求在两者间掌握一个适宜的值。
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压实密度对充电机充电蓄电池影响
同极片面密度一样， 压实密度大小相同会对充电机充电蓄电池循环功能形成很大的影响。压力过小， 颗粒之间触摸不严密，失掉衔接，部分颗粒无法接纳电流，容量丢失；另一方面，压力过小极片厚度较大，增大锂离子搬迁途径。压力过大，颗粒之间触摸太严密，极片易开裂，一起电解液滋润困难，减小了导电率。极片压实密度对充电机充电蓄电池详细影响如下所述。
2.1压实密度对充电机充电蓄电池比容量影响
选用相同面密度（150g/m2）的极片，调整极片的压实密度。对终究充电机充电蓄电池进行测验，不同的压实密度对充电机充电蓄电池放电比容量的影响如图4所示。
图4.不同压实密度对充电机充电蓄电池放电比容量的影响
由图4中可以看出，6 C大电流充电时， 随压实密度增大其首次放电比容量差异不大，但跟着循环次数的添加，放电比容量和充电机充电蓄电池容量保持率均呈现了先升高后下降的状况，充电机充电蓄电池在压实密度为3.32g/cc时，达到了循环功能最优。
2.2压实密度对充电机充电蓄电池内阻影响
相同，不同压实密度的充电机充电蓄电池循环前后的内阻也有较大的改变，如表2所示。
表2. 不同压实密度充电机充电蓄电池循环前后内阻改变
由上表可知，压实密度越小，在充放电循环中充电机充电蓄电池内阻添加较大。在必定规模内（3.0-3.32），跟着压实密度添加，充电机充电蓄电池初始电阻越小，大电流充电后充电机充电蓄电池内阻添加较小；超过此规模后，充电机充电蓄电池内阻升高，且循环后内阻升高较快。这是因为必定规模内压力较大时， 颗粒之间触摸严密，下降了触摸电阻，且容量丢失小，另一方面，极片厚度较小，缩短了锂离子搬迁途径，进步了锂离子在资猜中的搬迁速率。但压实过大时，一方面资料对电解液的滋润才能较弱，触摸内阻增大，发生了负面影响；另一方面，过压压力会形成极片过压状况，活物质颗粒描摹会有必定损坏，活物质被碾碎后电子和锂离子在极片内部搬迁途径变长，形成了充电机充电蓄电池内阻增大，容量也会衰减加快。
总结
综上，不同面密度影响大电流充电时充电机充电蓄电池电化学功能的首要原因是加大的面密度会增长锂离子的脱嵌途径，增大浓差极化，使锂离子在资料的嵌入和脱出阻力增大。适宜的压实密度可以下降内阻，锂离子搬迁途径缩短，进步容量，充电机充电蓄电池快充循环功能更好。持续增大压实密度会导致过压反而晦气于充电机充电蓄电池快充，故循环功能也会随之下降。在充电机充电蓄电池规划中，因为充电机充电蓄电池壳体积相同，想要在必定空间内取得较大的容量，则需求将压实密度升到最大值，可是过大的压实密度也会带来晦气的影响，也进步了动力本钱。因而，在规划充电机充电蓄电池时我们要综合考虑充电机充电蓄电池容量、倍率等功能，来挑选适宜的面密度和压实密度。
我们日常运用手机、充电宝等产品时，寻求在必定体积内充电机充电蓄电池容量越高越好。影响充电机充电蓄电池功能和容量的要素有多个，例如活物质、电解液、隔阂、充电机充电蓄电池的结构、极片生产工艺等等。今日跟我们共享的是在极片规划中影响充电机充电蓄电池容量和功能的要害参数：面密度和压实密度。在活物质、电解液等资料一致的状况下，极片的面密度和压实密度对充电机充电蓄电池有重要的影响。
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面密度对充电机充电蓄电池的影响
1.1面密度对充电机充电蓄电池放电比容量的影响
“充电五分钟，通话一小时”是我们常常听到的广告，广告涉及到的内容其实是充电机充电蓄电池的快充功能。充电机充电蓄电池快充功能与充电机充电蓄电池极片的面密度和压实密度密切相关，为了验证不同面密度对充电机充电蓄电池快充的影响，使用钴酸锂为正极、石墨为负极制作了软包充电机充电蓄电池。图1是不同面密度极片的充电机充电蓄电池在快充（6C）条件下的循环体现。由图1 可以看出，6 C 大电流充电时随正极面密度的减小，其放电比容量显着提升，且循环进步。
1.2面密度对充电机充电蓄电池内阻的影响
充电机充电蓄电池在循环过程中，锂离子不断的脱嵌、嵌入，进行摇椅式运动。跟着循环次数的添加，必定会有锂离子脱嵌失利、锂金属分出、电解液氧化分化、产气等副反响发作。一般，充电机充电蓄电池的内阻会跟着充电机充电蓄电池运用时间的延伸而逐步增大，即内阻改变越小，充电机充电蓄电池循环寿数越长。表1是不同面密度充电机充电蓄电池循环必定次数后内阻的改变状况，这也反响了不同面密度对充电机充电蓄电池内阻的影响。由表1可知面密度为150 g/m2时，充电机充电蓄电池初始电阻最小，大电流充电后充电机充电蓄电池内阻添加较小；跟着面密度添加，充电机充电蓄电池内阻增大，在充放电循环中充电机充电蓄电池内阻添加也较大。
表1电池内阻及容量保持率
Table 1 The internal resistance and capacity
retention of the LiCo02 batteries
正极面密度/(g.m-2)循环前内阻/fl循环后内阻/fl容*保持率/%
|
150 |
34 |
45.0 |
89.06 |
|
183 |
62 |
97.0 |
79.63 |
|
220 |
65 |
151.9 |
6〇:45跸妓 |
充电机充电蓄电池的各部分电阻均会随电极资料面密度的增大而增大，尤其是SEI 膜电阻添加较显着，说明面密度增大发生的SEI 膜较厚。电化学极化及浓差极化电阻添加，表明随面密度添加电化学反响过程中锂离子反响速率及搬迁速率变小，极化增大，体现为晦气于充电机充电蓄电池快速充电然后影响其循环功能。
1.3面密度对充电机充电蓄电池影响微观分析不同面密度极片在SEM下如图3所示。可见，极片面密度越低，资料的孔隙率增大，单位质量的资料电解液的吸附量因而增大，相应的减小溶液触摸电阻；另一方面较小的面密度，极片厚度较小，减小锂离子的分散距离，一起面密度越小，正负极资料的浓度差越小，下降分散的阻力，进步锂离子在资猜中的分散速度；且极片越薄，在充放电中锂离子不断的嵌入与脱出对极片结构形成的改变也越小；一起，面密度较小，化成时形成的SEI 薄而稳定，削减锂离子在SEI 膜中的搬迁阻力。而面密度较大时，界面电阻增大，然后下降锂离子在资猜中分散速度，当大电流充电时，锂离子不容易从资猜中脱出，易形成极化，可逆锂离子削减，因而容量衰减。由此可见，想要使充电机充电蓄电池具有优异的倍率功能，则需求下降极片的面密度。可是，这必将以充电机充电蓄电池的容量为代价，快充快放与充电机充电蓄电池容量不行兼得，需求在两者间掌握一个适宜的值。
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压实密度对充电机充电蓄电池影响
同极片面密度一样， 压实密度大小相同会对充电机充电蓄电池循环功能形成很大的影响。压力过小， 颗粒之间触摸不严密，失掉衔接，部分颗粒无法接纳电流，容量丢失；另一方面，压力过小极片厚度较大，增大锂离子搬迁途径。压力过大，颗粒之间触摸太严密，极片易开裂，一起电解液滋润困难，减小了导电率。极片压实密度对充电机充电蓄电池详细影响如下所述。
2.1压实密度对充电机充电蓄电池比容量影响
选用相同面密度（150g/m2）的极片，调整极片的压实密度。对终究充电机充电蓄电池进行测验，不同的压实密度对充电机充电蓄电池放电比容量的影响如图4所示。
图4.不同压实密度对充电机充电蓄电池放电比容量的影响
由图4中可以看出，6 C大电流充电时， 随压实密度增大其首次放电比容量差异不大，但跟着循环次数的添加，放电比容量和充电机充电蓄电池容量保持率均呈现了先升高后下降的状况，充电机充电蓄电池在压实密度为3.32g/cc时，达到了循环功能最优。
2.2压实密度对充电机充电蓄电池内阻影响
相同，不同压实密度的充电机充电蓄电池循环前后的内阻也有较大的改变，如表2所示。
表2. 不同压实密度充电机充电蓄电池循环前后内阻改变
|
压实密度 /(g-cnr3) |
极片厚度 /jjim |
分容后 内阻/n |
循环后 内阻/n |
容滬保持率 (500 次） |
|
3.00 |
75 |
75.1 |
91.3 |
88.74 % |
|
3.20 |
71 |
632 |
76.3 |
90.10 % |
|
3.32 |
70 |
59.1 |
70.5 |
9\50 % |
|
3.60 |
66 |
61.6 |
78.1 |
90.32 % |
总结
综上，不同面密度影响大电流充电时充电机充电蓄电池电化学功能的首要原因是加大的面密度会增长锂离子的脱嵌途径，增大浓差极化，使锂离子在资料的嵌入和脱出阻力增大。适宜的压实密度可以下降内阻，锂离子搬迁途径缩短，进步容量，充电机充电蓄电池快充循环功能更好。持续增大压实密度会导致过压反而晦气于充电机充电蓄电池快充，故循环功能也会随之下降。在充电机充电蓄电池规划中，因为充电机充电蓄电池壳体积相同，想要在必定空间内取得较大的容量，则需求将压实密度升到最大值，可是过大的压实密度也会带来晦气的影响，也进步了动力本钱。因而，在规划充电机充电蓄电池时我们要综合考虑充电机充电蓄电池容量、倍率等功能，来挑选适宜的面密度和压实密度。
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