电池正负极材料的厚度对电池寿命有影响吗？
来源：宝鄂实业
2019-04-25 09:07
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出于保护环境的目的，国家正在加速推动锂离子电池取代传统的铅酸电池，采用锂离子电池替代铅酸电池作为汽车启停电源需要锂离子电池具有非常高的倍率放电能力，通常需要达到20-30C的放电倍率，但是我们目前对高倍率电池的体系设计和寿命衰降机理还缺少系统的研究。
近日，德国卡尔斯鲁厄理工学院的AlexanderSchmidt（第一作者）和AnnaSmith（通讯作者）等对不同体系（LCO/LFP）电池的高倍率放电性能和在大倍率放电（最大45C）循环中的衰降机理进行了分析和研究，分析表明LCO/石墨体系的倍率性能要优于LFP/石墨体系，衰降机理研究则表明大倍率放电下的容量衰降加速主要源于高倍率放电导致的高温。
实验过程中采用的电池如下表所示，大部分电池的正极材料为LCO，部分电池采用LFP，9款电池中有8款都采用了软包电池结构，一款采用了圆柱形结构（LFP2），电池的最大倍率放电能力如下表所示，大多数电池在最高倍率下的容量保持率都能够>50%（相对于1C容量），只有LCO2电池倍率放电能力较差，在45C下容量保持率仅为7.7%，65C仅为2.1%，100C时还不到0.1%，倍率放电能力最好的为LCO5（65C容量保持率93.4%）和LCO7HV（65C容量保持率为60.1%）。
上述的9种电池中软包电池结构都为Z字型叠片（如下图A所示），圆柱形电池的为26650结构，电芯采用卷绕结构，正负极分别引出4个极耳（如下图B所示）。
几种电池的倍率负极从形貌上可以分为四类：其中下图a为破碎的小片状石墨，大部分粒径在1-5um，部分大颗粒尺寸可达10-15um，石墨颗粒表面光滑，电池LCO1和LCO2（来自厂家A）采用该类型石墨；下图b为大尺寸的片状石墨，大部分颗粒的粒径可达5-10um，部分大尺寸的颗粒可达20-25um，石墨颗粒表面粗糙，电池LCO3、LCO4和LFP1（来自厂家B）采用该石墨。下图c为第三类负极，负极呈现直径为10um左右的球形颗粒，表面比较粗糙，电池LCO5、LCO6HV和LCO7HV（来自厂家B）采用该类型石墨。下图d展示了第四种石墨材料，该石墨具有与第二类石墨类似的颗粒形貌，但是颗粒表面要更加光滑，只有电池LFP2采用该负极。
从下图E和F能够看到，相比于球形石墨，片状石墨能够获得更高的压实密度，从更大的倍率图片中能够看到几乎所有的负极都采用炭黑作为导电剂，仅有LFP2电池还在负极中添加了气相生长碳纤维（VGCF）。
正极形貌如下图所示，根据形貌LCO正极可以分为三类：其中第一类如下图A所示，LCO颗粒的直径在1um左右，部分大颗粒能够达到2-3um，LCO颗粒之间分布大量的导电剂团簇（电池LCO1、LCO3和LCO5位该类型）；第二类如下图b所示，该类型LCO颗粒与第一种比较类似，但是导电剂要少的多（电池LCO2和LCO4为该类型）；第三类如下图c所示，LCO颗粒直径为5-6um，这主要是出于降低颗粒比表面积，减少高电压下的副反应（电池LCO6HV和LCO7HV为该类型）。下图d为LFP正极，呈现出典型的纳米LFP材料形貌。
近日，德国卡尔斯鲁厄理工学院的AlexanderSchmidt（第一作者）和AnnaSmith（通讯作者）等对不同体系（LCO/LFP）电池的高倍率放电性能和在大倍率放电（最大45C）循环中的衰降机理进行了分析和研究，分析表明LCO/石墨体系的倍率性能要优于LFP/石墨体系，衰降机理研究则表明大倍率放电下的容量衰降加速主要源于高倍率放电导致的高温。
实验过程中采用的电池如下表所示，大部分电池的正极材料为LCO，部分电池采用LFP，9款电池中有8款都采用了软包电池结构，一款采用了圆柱形结构（LFP2），电池的最大倍率放电能力如下表所示，大多数电池在最高倍率下的容量保持率都能够>50%（相对于1C容量），只有LCO2电池倍率放电能力较差，在45C下容量保持率仅为7.7%，65C仅为2.1%，100C时还不到0.1%，倍率放电能力最好的为LCO5（65C容量保持率93.4%）和LCO7HV（65C容量保持率为60.1%）。
上述的9种电池中软包电池结构都为Z字型叠片（如下图A所示），圆柱形电池的为26650结构，电芯采用卷绕结构，正负极分别引出4个极耳（如下图B所示）。
几种电池的倍率负极从形貌上可以分为四类：其中下图a为破碎的小片状石墨，大部分粒径在1-5um，部分大颗粒尺寸可达10-15um，石墨颗粒表面光滑，电池LCO1和LCO2（来自厂家A）采用该类型石墨；下图b为大尺寸的片状石墨，大部分颗粒的粒径可达5-10um，部分大尺寸的颗粒可达20-25um，石墨颗粒表面粗糙，电池LCO3、LCO4和LFP1（来自厂家B）采用该石墨。下图c为第三类负极，负极呈现直径为10um左右的球形颗粒，表面比较粗糙，电池LCO5、LCO6HV和LCO7HV（来自厂家B）采用该类型石墨。下图d展示了第四种石墨材料，该石墨具有与第二类石墨类似的颗粒形貌，但是颗粒表面要更加光滑，只有电池LFP2采用该负极。
从下图E和F能够看到，相比于球形石墨，片状石墨能够获得更高的压实密度，从更大的倍率图片中能够看到几乎所有的负极都采用炭黑作为导电剂，仅有LFP2电池还在负极中添加了气相生长碳纤维（VGCF）。
正极形貌如下图所示，根据形貌LCO正极可以分为三类：其中第一类如下图A所示，LCO颗粒的直径在1um左右，部分大颗粒能够达到2-3um，LCO颗粒之间分布大量的导电剂团簇（电池LCO1、LCO3和LCO5位该类型）；第二类如下图b所示，该类型LCO颗粒与第一种比较类似，但是导电剂要少的多（电池LCO2和LCO4为该类型）；第三类如下图c所示，LCO颗粒直径为5-6um，这主要是出于降低颗粒比表面积，减少高电压下的副反应（电池LCO6HV和LCO7HV为该类型）。下图d为LFP正极，呈现出典型的纳米LFP材料形貌。
