贵州梅岭电源有限公司，贵州 遵义563003
摘要：分别加注常规电解液和低温电解液，制备得到四种不同电解液的18650全电池。样品电池的测试结果表明：低温电解液在显著改善锂离子电池的低温性能的同时，低温电解液Ｄ的样品电池表现出较好的倍率和循环性能，4C放电时将电压平台由3.2V提高至3.3V，容量为1.67Ah，循环1000周容量保持率80.7%。
关键词： 低温电解液 锂离子电池 18650电池 倍率性能 循环性能
随着锂离子电池在军用领域的应用越来越广泛，对锂离子电池的低温性能要求也越来越高，如弹上遥测电池、无人机电池、单兵作战系统电池等锂离子电池，要求在满足常温及高温环境工作的同时，也要满足-20℃甚至-40℃以下低温环境工作指标要求。在-20℃或-40℃时，普通锂离子电池的输出性能会变差或不能输出，主要表现为放电容量下降、初始放电有明显低波电压、放电电压平台降低，尤其在放电倍率大于0.5C时表现更为突出。从锂离子电池的影响因素看,很大部分与电解液的类型有关，低温条件下电解液的离子电导率降低、电极/电解液界面的阻抗增大、正极与负极表面的电荷传递阻抗及锂离子在负极中的扩散速度等因素有关[1]。
课题组调研了几种市场上的低温型电解液，本文作者在18650电芯中分别加注常规电解液和低温型电解液，对比研究了低温电解液对18650锂离子电池低温性能的影响[2]，本文对比研究了低温电解液对锂离子电池倍率和循环性能的影响。
1实验
1.1电池的制作
以钴酸锂（LC108R，湖南产，电池级）为正极活性物质，按质量比95：1：1：3将正极活性物质、导电炭黑SP（上海产，电池级）、导电石墨KS-6（深圳产，电池级）和聚偏氟乙烯PVDF（HSV900，美国产，电池级）混合制浆，涂覆在18μm厚的铝箔（深圳产，电池级）上；以人造石墨（AGP-6L，深圳产，电池级）为负极活性物质，按质量比95：1：1.5：2.5将负极活性物质、导电炭黑SP（上海产，电池级）、羧甲基纤维素钠CMC（BVH8，江门，电池级）和SBR胶乳混合制浆，涂覆在9μm厚的铝箔（惠州产，电池级）上。按本公司工艺，经辊压、分切、焊极耳和贴保护胶带等工序，分别制成正、负极片。
将正极片、25μm厚Celgard2325隔膜（美国产，电池级）和负极片卷绕成电芯，并注入5.2g电解液。电解液种类有四种，分别是电解液A（山东产，电池级）常规锂离子电解液，低温电解液B（深圳产，电池级）、低温电解液C（山东产，电池级）、低温电解液D，电解液D为电解液B和C以质量比1：3混合而成。将加注A、B、C、D四周电解液的18650电池依次编号为电池A、电池B、电池C、电池D，电池编号与电解液的对应关系见表1。
表1 电池编号与电解液种类的对应关系表
电池编号 加注电解液种类 备注
电池A 电解液A 常规电解液
电池B 低温电解液B 低温电解液
电池C 低温电解液C 低温电解液
电池D 低温电解液D 混合低温电解液
1.2性能测试
采用NEWARE电池测试系统（深圳产）对电池进行恒流充放电测试。
恒流恒压充电：1A（0.5C）恒流充电至4.2V，转恒压充电，截止电流200mA（0.1C）；
恒流放电：常温放电及循环放电截止电压为3.0V，低温放电截止电压为2.5V。
2结果与讨论
2.1倍率性能对比试验
在常温条件下，将加注不同电解液的四种电池A、B、C、D样品分别依次以2C、3C、4C倍率进行放电，测试结果如图1~3所示。
图1 电池A、B、C、D的2C放电曲线
图2 电池A、B、C、D的3C放电曲线
图3 电池A、B、C、D的4C放电曲线
由图1可知放电倍率为2C时，几种电池工作电压平台约3.5V，加注常规电解液的电池A与加注低温电解液的电池B、C、D相比，电池A仅输出电压稍低，输出容量相差不大。
由图2可知，放电倍率增大为3C时，几种电池工作电压平台降至约3.4V，电池A输出电压与电池B、C、D相较，输出电压在初始阶段区别明显，输出容量仍相差不大。
由图3可知，放电倍率增大至4C时，几种电池工作电压平台进一步降低，电池A电压平台最低约为3.2V，其次为电池B，电池C、D输出电压平台接近，约3.3V；从输出容量来看，电池B输出容量最少，其次为C，第三为电池A，电池D输出容量最高，为1.67Ah。
综上，从电池A、B、C、D几种电池2C~4C输出电压、容量等综合性能来看，电池D具有最为优异的性能。
2.2循环性能对比试验
在常温条件下，将加注不同电解液的四种电池A、B、C、D样品分别依次以0.5C充电1C放电进行充放电循环测试，测试结果如图4所示。
图4 电池A、B、C、D的循环曲线
由图4可知，随循环周次的增加电池容量发生衰减，电池A容量衰减最快，其次为电池C，第三为电池D，电池B容量衰减最小。电池B、D衰减速率接近，在830周内电池B、D容量保持率基本相同，830周时容量保持率约为84.9%；1000周时电池B容量保持率83.2%，电池D容量保持率80.7%。
3结论
采用常规电解液和低温型电解液制作的四种18650型2Ah锂离子电池，对比了四种锂离子电池的常温倍率及循环性能。
低温电解液在显著改善锂离子电池的低温性能的同时，也显著改善了锂离子电池的倍率和循环性能。放电倍率为4C时，加注常规电解液的锂离子电池A电压平台约为3.2V，加注低温电解液的锂离子电池B、C、D输出电压平台接近约3.3V；且加注低温混合电解液的锂离子电池D输出容量最高为1.67Ah。另外，从四种锂离子电池的循环性能来看，加注低温混合电解液的电池D在830周时容量保持率约为84.9%，1000周容量保持率80.7%，具有较好的循环性能。因此，低温混合电解液D综合了电解液B和电解液C的优点，在提高了锂离子电池低温性能的同时，提高了锂离子电池的倍率和循环性能。
参考文献
[1]孔令丽,高俊奎.锂离子电池用低温电解液的研究[J]电源技术.2007.9:V01.31 NO.9 747~750.
[2]王雪丽,姚兰浩,单香丽.低温电解液对锂离子电池低温性能的影响[J]自然科学.2019.10:73~74.
王雪丽 姚兰浩 单香丽
贵州梅岭电源有限公司，贵州 遵义563003
摘要：分别加注常规电解液和低温电解液，制备得到四种不同电解液的18650全电池。样品电池的测试结果表明：低温电解液在显著改善锂离子电池的低温性能的同时，低温电解液Ｄ的样品电池表现出较好的倍率和循环性能，4C放电时将电压平台由3.2V提高至3.3V，容量为1.67Ah，循环1000周容量保持率80.7%。
关键词： 低温电解液 锂离子电池 18650电池 倍率性能 循环性能
随着锂离子电池在军用领域的应用越来越广泛，对锂离子电池的低温性能要求也越来越高，如弹上遥测电池、无人机电池、单兵作战系统电池等锂离子电池，要求在满足常温及高温环境工作的同时，也要满足-20℃甚至-40℃以下低温环境工作指标要求。在-20℃或-40℃时，普通锂离子电池的输出性能会变差或不能输出，主要表现为放电容量下降、初始放电有明显低波电压、放电电压平台降低，尤其在放电倍率大于0.5C时表现更为突出。从锂离子电池的影响因素看,很大部分与电解液的类型有关，低温条件下电解液的离子电导率降低、电极/电解液界面的阻抗增大、正极与负极表面的电荷传递阻抗及锂离子在负极中的扩散速度等因素有关[1]。
课题组调研了几种市场上的低温型电解液，本文作者在18650电芯中分别加注常规电解液和低温型电解液，对比研究了低温电解液对18650锂离子电池低温性能的影响[2]，本文对比研究了低温电解液对锂离子电池倍率和循环性能的影响。
1实验
1.1电池的制作
以钴酸锂（LC108R，湖南产，电池级）为正极活性物质，按质量比95：1：1：3将正极活性物质、导电炭黑SP（上海产，电池级）、导电石墨KS-6（深圳产，电池级）和聚偏氟乙烯PVDF（HSV900，美国产，电池级）混合制浆，涂覆在18μm厚的铝箔（深圳产，电池级）上；以人造石墨（AGP-6L，深圳产，电池级）为负极活性物质，按质量比95：1：1.5：2.5将负极活性物质、导电炭黑SP（上海产，电池级）、羧甲基纤维素钠CMC（BVH8，江门，电池级）和SBR胶乳混合制浆，涂覆在9μm厚的铝箔（惠州产，电池级）上。按本公司工艺，经辊压、分切、焊极耳和贴保护胶带等工序，分别制成正、负极片。
将正极片、25μm厚Celgard2325隔膜（美国产，电池级）和负极片卷绕成电芯，并注入5.2g电解液。电解液种类有四种，分别是电解液A（山东产，电池级）常规锂离子电解液，低温电解液B（深圳产，电池级）、低温电解液C（山东产，电池级）、低温电解液D，电解液D为电解液B和C以质量比1：3混合而成。将加注A、B、C、D四周电解液的18650电池依次编号为电池A、电池B、电池C、电池D，电池编号与电解液的对应关系见表1。
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1.2性能测试
采用NEWARE电池测试系统（深圳产）对电池进行恒流充放电测试。
恒流恒压充电：1A（0.5C）恒流充电至4.2V，转恒压充电，截止电流200mA（0.1C）；
恒流放电：常温放电及循环放电截止电压为3.0V，低温放电截止电压为2.5V。
2结果与讨论
2.1倍率性能对比试验
在常温条件下，将加注不同电解液的四种电池A、B、C、D样品分别依次以2C、3C、4C倍率进行放电，测试结果如图1~3所示。
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由图1可知放电倍率为2C时，几种电池工作电压平台约3.5V，加注常规电解液的电池A与加注低温电解液的电池B、C、D相比，电池A仅输出电压稍低，输出容量相差不大。
由图2可知，放电倍率增大为3C时，几种电池工作电压平台降至约3.4V，电池A输出电压与电池B、C、D相较，输出电压在初始阶段区别明显，输出容量仍相差不大。
由图3可知，放电倍率增大至4C时，几种电池工作电压平台进一步降低，电池A电压平台最低约为3.2V，其次为电池B，电池C、D输出电压平台接近，约3.3V；从输出容量来看，电池B输出容量最少，其次为C，第三为电池A，电池D输出容量最高，为1.67Ah。
综上，从电池A、B、C、D几种电池2C~4C输出电压、容量等综合性能来看，电池D具有最为优异的性能。
2.2循环性能对比试验
在常温条件下，将加注不同电解液的四种电池A、B、C、D样品分别依次以0.5C充电1C放电进行充放电循环测试，测试结果如图4所示。
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由图4可知，随循环周次的增加电池容量发生衰减，电池A容量衰减最快，其次为电池C，第三为电池D，电池B容量衰减最小。电池B、D衰减速率接近，在830周内电池B、D容量保持率基本相同，830周时容量保持率约为84.9%；1000周时电池B容量保持率83.2%，电池D容量保持率80.7%。
3结论
采用常规电解液和低温型电解液制作的四种18650型2Ah锂离子电池，对比了四种锂离子电池的常温倍率及循环性能。
低温电解液在显著改善锂离子电池的低温性能的同时，也显著改善了锂离子电池的倍率和循环性能。放电倍率为4C时，加注常规电解液的锂离子电池A电压平台约为3.2V，加注低温电解液的锂离子电池B、C、D输出电压平台接近约3.3V；且加注低温混合电解液的锂离子电池D输出容量最高为1.67Ah。另外，从四种锂离子电池的循环性能来看，加注低温混合电解液的电池D在830周时容量保持率约为84.9%，1000周容量保持率80.7%，具有较好的循环性能。因此，低温混合电解液D综合了电解液B和电解液C的优点，在提高了锂离子电池低温性能的同时，提高了锂离子电池的倍率和循环性能。
参考文献
[1]孔令丽,高俊奎.锂离子电池用低温电解液的研究[J]电源技术.2007.9:V01.31 NO.9 747~750.
[2]王雪丽,姚兰浩,单香丽.低温电解液对锂离子电池低温性能的影响[J]自然科学.2019.10:73~74.