钛酸锂电池胀气程度与循环性能的关系分析

李欣颖

摘 要：结合了钛酸锂材料循环的稳定性较高、钛酸锂产气较慢的因素，采用了高温环境加速钛酸锂电池的胀气效果、电池循环寿命衰减，采用了俩种不同类型的钛酸锂电池进行实验，明晰了不同种类太酸电池的胀气程度间的区别，分析了钛酸锂电池胀气程度与循环性能的关系。

关键词：钛酸锂电池;胀气程度;循环性能;关系;分析

引言：

钛酸锂电池具备良好的安全性、零应变、电化学性能突出等优点的同时，对温度的适应度也较为广泛。导致了钛酸锂电池成为现阶段商业化研究中主要研究方向之一。但钛酸锂电池在使用中，会出现持续产出H2、CO、CO2等气体，导致了锂电池出现膨胀现象，影响了正负极接触，对电池阻抗值造成一定影响的同时，影响了电池的性能，甚至于出现热失控、爆炸等安全问题。

1.实验概述

1.1实验方法

此次实验采用了两种容量不同的钛酸锂电池进行实验。在实验开始前，对两种容量不同的钛酸锂电池进行标记。1号电池对应的正极体系为钴酸锂;2号电池对应的正极体系为锰酸锂。在1C倍率、30摄氏度的条件下，采取了排水法进行处理，分别对两种钛酸锂电池进行实验。首先，在1C倍率、30摄氏度的条件下，对钛酸锂电池进行充放处理，结合实验情况，对其进行容量标定;其次，将温度提升至60摄氏度，对其进行充放电的循环测试。循环次数标定200次，每经历200次的循环分别对1号电池、2号电池的体积、容量变化进行测试，统计电池在此循环下容量所产生的变化，进而计算得出电池的容量保持率[1]。

1.2胀气实验

1.2.1测试原理

如下图所示。

对电池、水槽以及水进行的受力进行分析。实验过程中，电池的自重量应大于水对电池的浮力，得到了如下公式：

F1=PGV=mg （5）

F2=F3-G  （5）

F1=F2        （5）

F3-G=pgV=mg                    （5）

1（g/mL）×V（mL）=m（g） （5）

式中：

F1為水对电池的浮力;F2为电池对水的浮力的反应作用;p为水的密度;G为水、水槽的重力;F3为秤遭受水槽的支持力;g为重力常数;V为排开水的体积;m为排开水的质量。

结合式（5）我们可以得出，电池膨胀的体积在数值上，等于电池浸没水中的质量变化。将体积测试后转化为质量测试，有效地规避了传统测试法对电池胀气的体积测试的差异、误差。

1.2.2 实验过程

依托上述测试原理进行测试，对电池的胀气体积进行了测试。

1）利用排水法测试未循环的俩组电池的原始体积

2）电池每循环充放电200次，对其进行了体积测试

3）充放电循环后的电池体积，减去改电池的原始体积，得出了电池产生气体的体积。

2.结果与讨论

2.1实验数据

2.1.1电池容量

实验采用的1号、2号电池标定容量为22.6Ah、19.8Ah，以200次为循环标定，测试到1400停止。详细结果如表1所示。

2.1.2电池胀气

通过胀气体积测试，得出了1号、2号电池的初始体积，即313.25、227.64，经过每200次循环完成的测试体积，结合了初始体积进行计算，得出了200次循环下电池膨胀体积的电池的胀气率。如表2所示。

经过对1号、2号的分别测试，与循环前的相比，存在明显的胀气现象。

2.2实验讨论

1）钛酸锂电池在电池高温下实验，受到了高温加速老化作用、电池胀气的影响，捯饬了保持率衰减较快。

2）两种电池在循环过程中，电池的胀气率呈线性增长。

3）高温下，电池胀气率对钛酸锂电池循环性能的影响存在阀值。电池循环实验的初期，锂电池的胀气率较低，对电池的循环稳定性影响较低。如超过阀值，电池内部电解液的分解程度、分布，都会受到不同程度的影响，导致了电池的循环稳定性降低[2]。

3.结束语

综上所述，钛酸锂电池在高温试验环境下进行了多次循环充放电测试，经过测试结果数据表明，钛酸锂电池会出现明显的胀气问题，对电池的使用性、循环性造成一定的影响。鉴于此，我国有关人员应积极探析改善措施，对国外先进研究理念加以借鉴，以此促进我国电池产业不断提升。

参考文献：

[1]张静，高玉双，刘鹏.钛酸锂电池胀气程度与循环性能的关系分析[J].科技风，2020（02）：158.

[2]刘燕燕，王绥军，金翼，徐淑银，武怿达.钛酸锂电池胀气成分的气相色谱分析[J].电源技术，2017，41（10）：1396-1398+1412.