钛酸锂电池胀气程度与循环性能的关系分析

张静 高玉双 刘鹏

摘 要：随着社会的进步和国民经济的发展，人们在日常生产及生活活动中对电能的需求越来越高。LTO锂离子电池的出现，为电力能源利用行业的发展带来了新的契机，对其相关性能的研究也在逐步深化。本文主要分析了钛酸锂电池胀气程度与循环性能之间的关系。

关键词：钛酸锂电池;胀气程度;循环性能

尖晶石型钛酸锂（Li4Ti5O12）材料的发展与应用，有效延长了锂电池的使用寿命，但由于胀气等方面的问题，一直没有得到大范围推广。怎样才能实现对钛酸锂电池胀气原理的有效分析，并采取具有针对性的措施加以有效处理，促进其整体应用性能的提高，值得我们深思。

1 钛酸锂电池胀气程度与循环性能关系实验分析

1.1 实验设计

1.1.1 电化学实验

利用充放电仪针对三种容量不同的软包电池（标号为1、2、3）进行充电、放电处理，三种电池的正极体系分别是三元镍钴锰、钴酸锂以及锰酸锂。在倍率为1C、室温为25℃的条件下对三种电池充放电处理三次，随后作容量标定。在标定结束之后，将温度提高到55℃，作充放电循环测试，每经过三百次循环对体积、容量变化进行测试，以此来计算电池容量的保持率。开展电化学交流阻抗测试，针对电池放电结束之后的开路点位加以测试，对正弦点位信号进行施加，其测试频率范围是001Hz-100kHz。

1.1.2 胀气实验

以电池体积测试原理为基础，对电池胀气的体积进行测试，具体过程为：①利用排水法对未循环1、2、3号钛酸锂电池原始体积进行测试。②当电池每循环充放电到300周，对电池作体积测试。③将经过充放电循环的电池体积数值，减去其原始体积，便得到电池所产生气体的体积。

值得注意的是，在对电池体积进行测试的过程当中，要对电池极耳作绝缘处理，避免电池由于整个掉入到水中而出现短路等问题而使电池损坏。

1.2 实验结果

1.2.1 电池容量

本实验所用到的钛酸锂软包电池，其标定容量分别是226、19.8和11.2Ah，每经过300次循环，对其容量进行测试，结果如表1所示。

1.2.2电池胀气

利用自主设计的胀气体积测试设备，对实验所用三种钛酸锂电池初始体积进行测试，分别是323.17、239.35以及124.8ml，并对每经过300此循环之后电池体积进行测量，计算电池的胀气体积以及胀气率，结果如表2所示。

对电池经过实验处理的状态进行观察，可以发现，跟循环之前相比，循环后电池能够出现较为明显的胀气现象。

1.3 实验讨论

此实验利用高温环境，使钛酸锂电池胀气以及循环容量衰减加速，对三种电池的钛酸锂电池经过循环的电化学性能、胀气体积以及阻抗变化进行测试。经过分析得出以下结论：①在高温条件下，针对钛酸锂电池进行充放电处理，会加速其老化速度，使容量保持率与胀气情况呈现出较为明显的变化。②三种电池在循环过程中的胀气率都呈现为明显上升趋势，容量衰减明显。可知电池胀气率对于电池容量的保有率会形成较大的影响。③在高温条件下，电池胀气率对循环性能所形成的影响有一个临界值。在电池循环的初期，胀气率相对较低，对电池循环整体稳定性所形成的影响也比较小。但是在胀气率超过某个值之后，电池内部的电解液呈现出分解程度与分布不均匀严重的情况，导致电池循环稳定性急剧下降。

2 结语

总而言之，钛酸锂电池在高温条件下经过多次循环充放电会呈现出明显的胀气现象，对电池使用性能形成明显影响。相关研究人员应该积极探索，对国外一些先进的研究理念加以借鉴，继而与我国电池生产行业的整体情况相结合，为国家经济发展注入源源不断的活力。

参考文献：

[1]劉燕燕，王绥军，等.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.

[2]高静静，龚本利，等.钛酸锂电池胀气问题的研究进展[J].电源技术，2015，39（09）：2010-2013.