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隨著(zhu)(zhu)的(de)不斷發展(zhan)，用鋁塑膜作(zuo)為外(wai)殼的(de)被廣泛應動(dong)力行業、消費電(dian)(dian)子等(deng)產品中(zhong)。由于實際(ji)使(shi)用時，受(shou)使(shi)用環(huan)境、季(ji)節、地區氣(qi)候(hou)等(deng)影響，不可避免地出現高溫情況，極(ji)易導致(zhi)軟包(bao)鋰(li)電(dian)(dian)池脹氣(qi)和(he)(he)電(dian)(dian)性能(neng)遭受(shou)較大損(sun)傷的(de)弊端。通過對(dui)電(dian)(dian)解液和(he)(he)制程(cheng)工藝(yi)優化的(de)評測，確(que)定了采用3%VC含量添加劑改(gai)進型電(dian)(dian)解液和(he)(he)制程(cheng)工藝(yi)優化相結合方式，對(dui)抑制軟包(bao)鋰(li)電(dian)(dian)池高溫脹氣(qi)和(he)(he)電(dian)(dian)性能(neng)持續損(sun)傷有顯著(zhu)(zhu)改(gai)善(shan)。

1 實驗
1.1 配方和設計
正極( 油系 )：鈷酸鋰∶導電劑 (SP)∶粘結劑(PVDF-HSV900)=96∶2∶2(質量比)；負極(水系)：石墨(寧波杉杉 FSN-4)∶增稠劑(CMC)∶粘結劑(SBR)=95.5∶1.5∶3.0(質量比)；隔膜：16μm Celgard 隔膜；電解液：廣州天賜。按上述配方和設計將其卷繞、組裝成494147型號軟包方塊電池。

1.2 不同含量VC添加劑改進型電解液電池的試制 
采用天賜TC-E233H型號電解液，分別重新添加0%、1.5%、3%、4.5%的VC添加劑，使其成為四種電解液，分別將電解液注入494147型號軟包方塊電池，形成 A、B、C、D 四個方案電池，用于后續測試(方案A為對比組)。注：注液后工藝步驟：①常溫靜置8h→②化成→③40℃ 靜置24 h→④去氣封邊→⑤平壓→⑥分容。 

1.3 制程工藝優化電池的試制 
軟包鋰電池注液后的工藝流程為(wei)：①常(chang)溫(wen)(wen)靜(jing)置 8 h→②化 成→③40℃靜(jing)置24h→④去氣封邊(bian)→⑤平壓→⑥分容；將(jiang)步(bu)驟①的制程工藝優(you)化4組其余步(bu)驟不(bu)變，第1組：常(chang)溫(wen)(wen)靜(jing)置8h(對比組)；第2組：60℃靜(jing)置8h；第3組：85℃靜(jing)置8h；第4組：100℃靜(jing)置8h；用于(yu)后續測試(電解液采用方案A即添加 0%VC)。

1.4 最佳方案電池的試制 
以上述1.2節得出的最佳百分比含量VC電解液和1.3節最佳靜置溫度為條件，重新制作成最佳方案電池，用于后續測試評估。 


2 實驗與結論
2.1 不同含量 VC 添加劑改進型電解液電池的實驗 
實驗步驟：將1.2節中的A～D四個方案(an)(an)電(dian)池，①測試初始容(rong)量、厚度(du)；②充滿(man)電(dian)；③置(zhi)于85 ℃恒(heng)溫箱中48h；④取出(chu)冷(leng)卻至(zhi)室溫后，復(fu)測容(rong)量、厚度(du)；從②～④不斷重復(fu)，直至(zhi)全部脹(zhang)(zhang)氣(qi)截止測試；對比四個方案(an)(an)出(chu)現(xian)首次脹(zhang)(zhang)氣(qi)的周(zhou)期(qi)、容(rong)量損(sun)(sun)失率(lv)、膨脹(zhang)(zhang)率(lv)。由(you)表(biao)1可(ke)知，方案(an)(an)C和D抗(kang)高溫脹(zhang)(zhang)氣(qi)能(neng)力強，均在第3周(zhou)遭受(shou) 85 ℃ 48 h 時才(cai)出(chu)現(xian)脹(zhang)(zhang)氣(qi)；由(you)圖1可(ke)知，方案(an)(an)C和D在每周(zhou)高溫沖擊后，其電(dian)芯(xin)膨脹(zhang)(zhang)率(lv)相比方案(an)(an)A和B小很多；由(you)圖2可(ke)知，電(dian)解液中添加VC的電(dian)池容(rong)量損(sun)(sun)失程度(du)比不添加VC的要(yao)大，且隨著VC添加量的增加，容(rong)量損(sun)(sun)失也增加。

   表1 不同VC含量電(dian)解液電(dian)池首次脹氣對應的(de)周期

  圖 1 各階段熱沖(chong)擊后電(dian)芯膨(peng)脹(zhang)率柱狀(zhuang)圖

  圖 2 各階段熱沖(chong)擊后電芯容損率(lv)折線(xian)圖

VC提升抗高溫脹氣能力，但高溫沖擊后容損相比而言也有所增多的這一特點，可以從VC自身特性解釋：VC作為鋰離子電池新型有機成膜添加劑與過充電保護添加劑，具有良好的高低溫性能及防氣脹功能，可以提高電池的容量和循環壽命。當電芯在85 ℃高溫下儲放沖擊時，負極SEI保護膜勢必出現“破損和 VC再修復成膜”的情況，如果電解液中無VC，則膜不斷破損，負極碳與電解液發生副反應產氣致使電芯脹氣；若有VC，則VC不斷對破損SEI膜進行再修復，不讓負極碳與電解液發生產氣的副反應，但修復的過程，勢必消耗電解液中的有效鋰，致使出現不可逆容量損失而使容損有所增多。綜合表 1、圖1和圖2的結果，方案C(在天賜TC-E233H型號電解液中再添加 3%VC)為 2.1 節實驗的最佳方案。 

2.2 制程工藝優化電池的實驗 
實驗(yan)步驟(zou)：將1.3 節(jie)(jie)中的(de)4組電(dian)池，①測(ce)試(shi)初始容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)量(liang)、厚度(du)(du)(du)；②充(chong)滿電(dian)；③置(zhi)(zhi)于85℃恒溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)箱中48 h；④取出(chu)冷(leng)卻至(zhi)室(shi)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)后(hou)(hou)(hou)(hou)，復測(ce)容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)量(liang)、厚度(du)(du)(du)；從(cong)②～④不(bu)斷重復，直(zhi)至(zhi)全部(bu)脹(zhang)(zhang)氣(qi)(qi)(qi)截止測(ce)試(shi)；對比四個(ge)方案出(chu)現首次脹(zhang)(zhang)氣(qi)(qi)(qi)的(de)周期(qi)、容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)量(liang)。綜合表(biao)2、圖(tu)3和(he)圖(tu)4的(de)結果，第3組(注(zhu)(zhu)液(ye)后(hou)(hou)(hou)(hou)先在(zai)烘箱中85℃靜(jing)置(zhi)(zhi)8h，然后(hou)(hou)(hou)(hou)上柜化(hua)(hua)成(cheng)(cheng))為(wei)2.2節(jie)(jie)實驗(yan)的(de)最(zui)(zui)佳(jia)方案。由表(biao)2可知，注(zhu)(zhu)液(ye)后(hou)(hou)(hou)(hou)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)靜(jing)置(zhi)(zhi)8h 對后(hou)(hou)(hou)(hou)期(qi)電(dian)池抗(kang)(kang)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)脹(zhang)(zhang)氣(qi)(qi)(qi)能(neng)力有益(yi)，雖然2、3、4 均在(zai)第2周出(chu)現脹(zhang)(zhang)氣(qi)(qi)(qi)，但3、4兩組相(xiang)較而(er)言更(geng)為(wei)有益(yi)；由圖(tu)4可知，注(zhu)(zhu)液(ye)后(hou)(hou)(hou)(hou)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)靜(jing)置(zhi)(zhi)，電(dian)池的(de)平均容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)量(liang)有所降低，其中第4組容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)量(liang)偏低嚴重；注(zhu)(zhu)液(ye)后(hou)(hou)(hou)(hou)將常(chang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)靜(jing)置(zhi)(zhi)改為(wei)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)靜(jing)置(zhi)(zhi)的(de)工藝優(you)化(hua)(hua)，提升了抗(kang)(kang)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)脹(zhang)(zhang)氣(qi)(qi)(qi)能(neng)力，但同(tong)時也導(dao)致了容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)量(liang)變(bian)低。因(yin)(yin)為(wei)注(zhu)(zhu)液(ye)后(hou)(hou)(hou)(hou)化(hua)(hua)成(cheng)(cheng)前電(dian)池負極未形成(cheng)(cheng)SEI保護膜，在(zai)此(ci)條(tiao)件下(xia)，電(dian)解(jie)(jie)液(ye)中部(bu)分(fen)(fen)成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)會(hui)與負極發(fa)生緩慢(man)副反應(ying)而(er)產氣(qi)(qi)(qi)，變(bian)常(chang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)為(wei)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)，可以加(jia)速催化(hua)(hua)該(gai)部(bu)分(fen)(fen)產氣(qi)(qi)(qi)物質副反應(ying)的(de)進(jin)程，使其最(zui)(zui)大限度(du)(du)(du)地反應(ying)殆盡，避免(mian)后(hou)(hou)(hou)(hou)期(qi)85 ℃48 h 循環(huan)熱沖擊時再反應(ying)產氣(qi)(qi)(qi)，從(cong)而(er)引(yin)起脹(zhang)(zhang)氣(qi)(qi)(qi)。由于高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)下(xia)的(de)加(jia)速催化(hua)(hua)，導(dao)致副反應(ying)隨溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)升高(gao)(gao)而(er)增劇，不(bu)可逆(ni)容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)量(liang)隨之增多(duo)，因(yin)(yin)此(ci)后(hou)(hou)(hou)(hou)期(qi)分(fen)(fen)容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)后(hou)(hou)(hou)(hou)平均容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)量(liang)不(bu)斷減小，當溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)100℃時，電(dian)解(jie)(jie)液(ye)其他成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)可能(neng)也因(yin)(yin)熱而(er)分(fen)(fen)解(jie)(jie)，出(chu)現容(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)(rong)量(liang)嚴重偏低情況，若繼續增大溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)，易導(dao)致電(dian)解(jie)(jie)液(ye)失效，電(dian)池后(hou)(hou)(hou)(hou)期(qi)電(dian)性能(neng)急(ji)劇變(bian)劣。

 表二 注液(ye)后不同靜置(zhi)溫(wen)度電(dian)池首(shou)次(ci)脹氣對應(ying)的(de)周期(qi)表

圖(tu) 3  4 組電池各階段熱沖(chong)擊后電芯膨脹率(lv)柱狀圖(tu)

圖 4  4 組(zu)電池平均容量(liang)柱狀圖

2.3 最佳方案電池的實驗 
在(zai)天賜TC-E233H型號電(dian)解液中添加 3%VC 添加劑，電(dian)池(chi)經卷(juan)繞注液后(hou)(hou)，①85℃靜置(zhi)8h→②化(hua)成(cheng)(cheng)→③40℃靜置(zhi)24h→④去氣(qi)封邊→⑤平壓→⑥分(fen)(fen)容(rong)；即(ji)結(jie)合2.1節(jie)&2.2節(jie)實驗中的(de)最佳(jia)方案，制(zhi)作成(cheng)(cheng)電(dian)池(chi)，經85 ℃48 h反復(fu)熱沖(chong)(chong)(chong)擊、評估(gu)其首(shou)次(ci)(ci)脹氣(qi)的(de)周期、容(rong)量損失率(lv)、膨(peng)脹率(lv)；然后(hou)(hou)取分(fen)(fen)容(rong)后(hou)(hou)新電(dian)池(chi)，再次(ci)(ci)經85 ℃48 h 反復(fu)沖(chong)(chong)(chong)擊，沖(chong)(chong)(chong)擊周數(shu)必須為(wei)出(chu)(chu)現首(shou)次(ci)(ci)脹氣(qi)周數(shu)的(de)前(qian)一(yi)周(例如(ru)：假設第5次(ci)(ci)出(chu)(chu)現首(shou)次(ci)(ci)脹氣(qi)，那么取第4周)，最后(hou)(hou)以0.5C評估(gu)遭受熱沖(chong)(chong)(chong)擊后(hou)(hou)臨近脹氣(qi)邊緣(yuan)前(qian)的(de)循環性能。由(you)表3可(ke)知，結(jie)合 2.1 節(jie) &2.2 節(jie)實驗的(de)最佳(jia)方案制(zhi)作的(de)新電(dian)池(chi)，其耐高(gao)溫能力更強，可(ke)保證85 ℃48 h反復(fu)沖(chong)(chong)(chong)擊3次(ci)(ci)不脹氣(qi)，且膨(peng)脹率(lv)也在(zai)1%～5%以內。

表(biao)三 85℃ 48h 反復沖擊各項目情(qing)況(kuang)數據

由圖5可(ke)知(zhi)，取(qu)分(fen)容后新(xin)電池(chi)經85℃48h反復(fu)沖3次，模(mo)擬造成熱沖擊接近脹氣邊緣狀態(tai)，電池(chi)的300周容量保持率仍＞85%，循(xun)環(huan)性能佳。

3 結論 
(1)電解液VC添加劑對高溫脹氣有顯著抑制作用，且在天賜 TC-E233H 型號中再添加3%為最佳值；
(2)優化制程工藝，將注液后常溫8h靜置優化成85 ℃8h靜置，最大限度地反應殆盡電解液中與負極反應產氣的物質成分，避免了后期熱沖擊時再反應產氣，從而引起脹氣，對電池的高溫脹氣也有顯著抑制作用；
(3)通(tong)過結合“在(zai) TC-E233H型電解(jie)液再(zai)添加3%VC和(he)注液后改用 85 ℃8 h靜置后再(zai)化成”的(de)方式，制得的(de)軟包方塊鋰電池(chi)，其耐高溫(wen)熱沖(chong)(chong)擊能力更強(qiang)，可達到85 ℃48 h反復3次不脹氣，且電池(chi)在(zai)遭受3次熱沖(chong)(chong)擊后，依舊具有(you)0.5C循環300周>85%的(de)優異循環性能。