探秘电池壳合金含量对电池性能的影响

    锂离子蓄电池是一种锂离子浓差电池，充放电时Li+在正负极间脱嵌与嵌入[5]，正极材料LixCoO2在Li+脱嵌过程中(x从1减小到0.4)，层间距从0.465 nm增大到0.485 nm，正极体积膨胀;负极材料石墨在Li+嵌入过程中，石墨层间距d002从0.345 4 nm增大到0.370 6 nm(LiC6)，负极体积膨胀[10]。锂离子在电场的作用下进行电迁移。在锂离子的迁移数不变时，锂离子的电迁流量随电池内部几何形状的改变而不同。壳体膨胀，正、负极片之间间距增大，锂离子迁移速率变慢，迁移困难，溶液的电导率发生质的改变[11]。053450 A 3电池在壳壁的抵制下内部体积变化较小，锂离子的迁移速率比053450 A 1和053450 A 2大，相应的溶液电导率较大，这可以反映在电池的内阻上，053450 A 3电池内阻略小于另两规格。内阻小，不可逆比容量损失少，电池释放容量较多，循环寿命也相应较高。这也是053450 A3电池的放电比容量和循环寿命略高于053450 A 1和053450 A 2的原因。值得一提的是，三种规格电池的放电平台没有太大区别。

锂离子蓄电池在初次放电时会在电解液和电极表面形成一层稳定的、具有保护作用的钝化膜(Solid Electrolyte Inter-face，简称SEI膜)[6]，形成的钝化膜对电极、电池性能和不可逆比容量损失起着重要作用。它可以将电解液与电极隔开，消除(或减少)溶剂和阴离子从电解液转入电极，阻止溶剂分子的共嵌入，而又允许Li+嵌入和脱嵌，起保护电极作用[7]。在SEI膜形成过程中，生成HF、短链R-H、CO2、CO等气体[8]，电解液溶剂分解产生气体R-H等[9]。SEI膜生成以后，水的存在又会使LiPF6分解生成HF气体[10]。这些气体的产生会使电池的内压增大，逐渐增多的内压有让电池壳壁向外鼓的趋势。壳抵制侧鼓的能力不同，相应的电池性能也不同。 由1.1节可知，053450 A 3与原壳厚相比的膨胀系数为1.018，低于053450 A 1和053450 A 2两个规格。膨胀系数小，电池壳的鼓胀就小，电池的厚度就相应小一些，053450 A 3的成品电池厚度较其它两个规格的厚度小。在这里控制电池壳膨胀的主要因素是壳的Cu和Mg合金含量。053450 A 3的壳合金含量比其它两个规格略高，尤其是Mg的含量。在电池设计时，基本保证卷芯入壳的松紧度(也叫电池的装配比)为85%。电池的松紧度一般控制在80%～90%[5]。在相同的外界条件下，基本保证了三种实验电池内部水分相同，也就是说三种实验电池的内压基本相同。由实验数据可知：053450 A 3电池壳抵制内压的能力大一些，侧鼓较小，而053450 A 1和053450 A 2电池壳抵制内压的能力小一些，侧鼓较大。