16年專注鋰電池定制

哪一種電池會更適合動力汽車

來源:鉅大LARGE    2018-11-07    點擊量:23

眾所周知,市場上主流的鋰離子電池按照殼體類型和形狀可分為三大類:軟包、方形鋁殼和圓柱。自從2015年國內新能源汽車開始火爆以來,動力鋰離子電池也是迎來了少見的黃金期,當然這是和國家政策和補助直接關聯的。究竟軟包、方形鋁殼和圓柱三種類型電池哪一種最適合動力汽車?事實上各有優點,且每家情況不一,所以是仁者見仁智者見智,討論是沒有結果和意義的。

后續我會分別對三種電池的一些重要的設計要點進行分析論述。本期我談談18650圓柱電池的工藝設計要點。

一、注液量:

一般來說,三元系186502.6-3.2Ah圓柱電池注液量在5-5.5g之間。具體注液量要看正負極材料的物理參數(比表面積、形貌、粒徑分布)、卷繞松緊度、面密度、壓實密度等。

如果注液量不足,會造成內部無法完全浸潤,內阻偏大,循環次數少等。嚴重的會導致析鋰進而發生危險;如果注液量過大,會造成內部空間不足(內壓大)、容量衰減快、增加成本等。這里說一下,注液量大會造成容量衰減快是因為負極,特別是溫度高和在充電過程中的時候,富裕游離態電解液會和活性較大負極鋰碳化合物反應,消耗有效物質。

一般廠家確定注液量的方法是將卷繞好的電芯浸入電解液中,計算前后差重,再富余0.2-0.4g,最后即為最佳注液量。當然,此方法雖然簡單可行,但嚴謹性不足。最好的方法是梯度注液量分別做電化學性能實驗,最終兼顧倍率、高低溫、循環等。

具體的也要看電池的具體用途來確定合適注液量是比較科學的。

錳鋰、鐵鋰等電池原理基本類似。不贅述。

二、松緊度:

松緊度的計算是正極、負極、隔膜和卷針空隙的底面積總和除以圓柱電池內底面積。一般為88%-93%。

同樣,具體松緊度要看電池的用途和你要求的最終電池的各項性能決定的。松緊度太低,會造成空間浪費成本增加、電解液難以浸潤(耗液)、電芯晃動等;松緊度過高,會造成后續電芯膨脹導致的空間不足,影響電化學性能、內壓大CID易斷開等。

一般來說,倍率電池松緊度低一些,一般在91%以下;容量電池松緊度高一些,有的甚至能超過95%。其中原因可以可以思考一下,很簡單。

需要說明的是,考慮到材料不同(如負極物性參數)、設計參數不同(如壓實密度)等,后續電池膨脹系數也不同。我們設計的時候要實際綜合考慮。

三、極耳數:

極耳數增加只能有限的增加電池的交流內阻,和最終使用過程中的直流內阻沒有直接關系。且增加極耳數會增加電池工藝設計難度,增加成本和最終使用風險。所以為了增加最終電池容量或者倍率性能而片面增加極耳數是否可行,設計時一定要慎重。

原因大概說一下:增加極耳數意味著留白和極耳焊工序增加機器、材料和人工,成本自然增加;增加極耳數也會影響極片張力,造成張力不均,增加卷繞難度和風險;極耳處焊點包膠處理不當會刺穿隔莫;極耳處電流密度最大,電極電勢最低,增加了析鋰的概率。

一般設計是,容量電池正負極各一個極耳足以;倍率電池可以考慮多加極耳,但最終決定性能的是直流內阻。

舉個例子:正常不含PTC電池正負極各一個極耳,交流內阻為30mΩ,1C放電直流內阻為50mΩ;現在負極增加一個極耳,交流內阻為20mΩ,但1C放電直流內阻可能為48mΩ。所以說,最終看的是電池的濃差極化和電化學極化帶來的直流內阻。

一句話,極耳數增加有利有弊,具體看要求。

四、中心針:

有些圓柱電池廠家最后會在卷針中心放置不銹鋼卷心針。

基本參數(力神卷芯為例):

究竟軟包、方形鋁殼和圓柱三種類型電池哪一種最適合動力汽車?

1、內部支撐作用:

電池在使用過程中會發生很多次鋰離子的脫嵌反應,同時內部材料也會隨著時間發生老化現象。這就會造成電池在循環到一定次數的時候整個卷芯可能發生變形,由于卷芯內部存在空腔,就會無法阻止卷芯向內部形變的應力,輕則電池由于形變會導致電化學性能變差,重則可能發生內短路,繼而發生安全威脅。

電池循環一定次數后,卷芯內部有塌陷現象,且整體電芯有輕微形變。而有中心針電芯不會出現此情況。

2、應對電池噴射試驗:

鋰離子測試UL1642中有噴射測試(ProjectileTest),即要求電池被高溫加熱時不能有電芯或電池的部分穿透篩網或整個電芯或電池突出篩網,即不能有異物噴出較大距離。有中心針可以增加一個氣體噴出的通道,如此一來卷芯就不會噴出。如下圖是有中心針的圓柱電池,燃燒后沒有物質噴出。

中心針有利有弊,具體是否需要要看具體要求和工藝控制等。以我來看,是沒有必要的。

五、極片對應:

極片對應分四種:

1、正極粉料對應負極粉料;

2、正極粉料對應負極箔材;

3、正極箔材對應負極粉料;

4、正極箔材對應負極箔材。

其中2我們很好理解,如此設計會造成負極箔材析鋰,后果很嚴重,故不可取。

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