混合动力电动汽车用高功率锂离子电池开发

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1、混合动力电动汽车用高功率锂离子电池的开发为减少环境污染，非化石燃料动力的机动车——纯电动车(EV)和混合电动车(HEV)近年来一直备受关注。由于混合电动车对电池的功率性能要求较高(比功率高于1000W/kg)，相比于铅酸、MH-Ni电池和Cd-Ni电池等，锂离子电池具有更优越的能量和功率性能，有希望成为最适合HEV使用的电池。本文研究开发了具有高功率特性的叠片结构铝塑膜锂离子电池，通过优化体系和工艺，提高了电池的功率性能和温度特性，电池性能可满足目前HEV的使用要求。1实验本文优化的锂离子电池体系采用自主研发的新型层状

2、锰系材料LiMnxCoyNizO2为正极材料，人造石墨为负极材料，电解液成分为1mol/LLiPF6/EC+EMC+DMC(1:1:1)+添加剂。锂离子电池的外包装材料较常见的有钢壳和铝塑膜。在电池裸芯相同的情况下两者相比，采用铝塑膜包装电池的成本更低，重量更轻，安全性更好，更有利于HEV电池提高功率密度[4]。电池内阻对电池的功率性能影响甚大，相同容量的电池，其内阻越小，电池放电时的电压降越小，其功率性能越好。所以一切对电池内阻降低的因素都有利于提高电池的功率性能。层叠式结构的电池相比于卷绕式结构增加了极片的个数，大

3、大增加了极片并联的程度，最大限度的降低了电池的内阻。为获得最佳的电池性能，本文采用铝塑膜层叠式结构开发出高功率锂离子电池。单体电池的照片如图1所示，尺寸为115×203×9(mm)，电池重量约290g，额定容量为7.5Ah，内阻小于1.5mΩ。图1单体电池照片Fig.1Photographofthecell2结果与讨论2.11C充放电特性按照7.5Ah的额定容量进行1C充放电，其特征曲线如图2所示。从中可以看出，采用7.5A的电流充电，电池大约70min可充满，其中电池1C放电的平均电压为3.64V，3.47V以上的放

4、电容量占总放电容量的82.6%，显示了良好的1C充放电性能。同时从放电曲线可以看出，电池电压随放电时间呈一定坡度平稳下降，这表明可以通过监控电压的变化获得更准确的电池额电状态（SOC）。图21C充放特征曲线Fig.2Charge-dischargecharacteristicsofthecellat1Crate2.2循环性能按照7.5Ah的额定容量让电池在常温下进行长期的1C充放循环，其循环曲线如图3所示，900次循环后容量保持仍在93％以上，显示了研制的电池具有非常出色的循环性能。图31C循环曲线Fig.3Cycle

5、characteristicsat1Crate2.3倍率放电按照7.5Ah的额定容量对电池进行0.2C到12C连续放电性能测试，同时测试了8C以上大倍率放电的电池表面温度。图4为放电电压－能量的曲线，放电的容量、平均电压和最高温度如表1所示。从中可以看出，12C的放电容量与1C容量的比值为90.2%，放电平台为3.430V，最高放电温度仅为48℃，并且与1C的放电平均电压相比，12C的放电平均电压仅降低了0.23V，显示了电池良好的倍率性能.(a)(b)图4倍率放电电压－能量曲线Fig.4voltagevs.energ

6、yprofileatvariousdischargerate(a)0.2C-3C;(b)1C-12C表1倍率放电数据表Table1Dischargeratecharacteristicsofthecell0.2C0.5C1C3C5C8C10C12CDischargecapacity(%)105.5102.4100.095.7693.7392.1791.3890.19Nominalvoltage(V)3.6883.6813.6653.6063.5603.4963.4673.430Thehighestdischargete

7、mperature(℃)——————————424648Thevalueofdischargecapacityintableisequaltothedischargecapacitydivided1Cdischargecapacity.2.4温度特性满电状态下的电池在四个不同温度下进行了放电性能测试。测试过程均为常温充电，在放电前将电池在所需温度下开路搁置12h以上。图5为不同温度下的0.5C放电曲线，若以电池常温(25℃)下的放电容量为准，则电池55℃的放电容量为常温放电容量的102%，电压平台在3.68V；－27℃

8、的放电容量为常温放电的73.5%，电压平台为3.30V。常温及高温温度下电池的放电能力较好，但低温放电时平均较低、放电容量较小，不利于机动车的低温启动使用，需要进一步改善。图5电池不同温度下放电曲线Fig.5Dischargeprofileatvariedtemperatures2.5不同DOD下脉冲充放电能力为检测电池在不同DO