ｌｌＯ １０５ １００
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循环次数 图１ 容量型单体电池０．５ Ｃ充电１ Ｃ放电循环性能图 Ｆｉｇ．１ ０．５ Ｃ ｃｈａｒｇｅ－１ Ｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ １ ２ Ａｈ ｈｉｇｈ－ｅｎｅｒｇｙ
ｂａｔｔｅｒｙ
加惦帅鳄如：２舳竹加矸砷 循环次数
两种类型单体电池分别进行了快速充电能力测试，其中 能量型电池采用０．５、ｌ Ｃ充电至４．２ Ｖ，功率型电池分别采用 １、２、３、４、５ Ｃ充电至４．２ Ｖ。 １．２．６安全性能测试
完成了单体电池过充电测试，将满电态单体电池以１ Ｃ 充电至５ Ｖ并恒压一段时间；同时进行了短路测试，短路电阻 １０ｍＱ。
三元材料在锂离子动力电池上的应用
朱广焱，刘雪省，潘磊，蒋宁懿 （中国电子科技集团公司第十八研究所，天津３００３８１）
摘要：锂离子电池被认为是电动汽车ＥＶ以及混合动力电动车ＨＥＶ的主要发展方向之一。选用了ＬｉＮｉ，∞ｏ，舟Ｍｎ，∞。材
料制成了１２ Ａｈ能量型及８ Ａｈ功率型动力电池，并对电池的电性能和安全性能进行了相关测试。结果表明由
全部电性能测试工作均在Ａｒｂｉｎ充放电测试仪上进行。
２结果与讨论
２．１循环性能测试 容量型及功率型单体电池循环性能如图ｌ、图２及图３所
示。如图所示，容量型单体电池０．５ ｃ充电、１ ｃ放电，循环８００ 次后，容量保持率大于８７％，电池拥有这样良好的循环性能， 主要源于ＬｉＮｉ，。Ｃｏ。。Ｍｎ。。０：材料的结构特性。在ＬｉＮｉ。。． ＣｏｌＢＭｎｌＢ０２中，Ｍｎ的价态为＋４价，Ｎｉ为＋２价，Ｃｏ为＋３价。
２．４荷电保持能力测试
我们还对能量型和功率型电池进行了满电态（４．２ ｖ）常温 搁置２８ ｄ的荷电保持能力试验，图８和图９分别为两种电池 搁置前后的放电曲线，相关数据列于表３中。
Ｆｉｇ．６
图６链量型电池不同温度放电曲线 Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ １ ２ Ａｈ ｈｉｇｈ—ｅｎｅｒｇｙ ｂａｔｔｅｒｙ ａｔ
大幅降低，降低了电池倍率放电时的电压降，同时保证了倍率 放电时可以放出更多的容量，使得ＬｉＮｉ。。Ｃｏ。８Ｍｎ，。０２三元材料 优异的倍率放电性能得以进一步体现；对于能量型电池，４ Ｃ 放电属于较高倍率，但电极涂覆量及厚度较大（厚度约为功率 型电极２倍）的能量型电池仍能获得较好的倍率放电性能，也 从另一个方面表明了ＬｉＮｉ。。Ｃｏ。。Ｍｎ。。Ｏ：三元材料自身已经具 有良好的Ｌｉ＋及电子传导能力。 ２．３高低温放电性能测试
ＬｉＮｉ，∞ｏ怕Ｍｎ，舯。正极材料制备的大容量动力电池比能量高。在循环性能、倍率放电性能、低温放电性能、荷电保持能
力以及安全性能方面均表现优异。能够满足ＥＶ及ＨＥＶ动力电源的要求。
关键词：动力电池；锂离子电池；ＬｉＮｉｌ∞ｏ，船Ｍｎ，∞２
中图分类号：ＴＭ ９１２．９
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２—０８７ Ｘ（２００９）０７—０５４７—０５
Ｆｉｇ．４
Ｑ／Ａｈ 图４能量型电池倍率放电曲线 Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ １ ２ Ａｈ ｈｉｇｈ—ｅｎｅｒｇｙ ｂａｋｅｒｙ ａｔ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｔｅｓ
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加帖∞鳄如：２鲫仔∞酷∞
Ｆｉｇ．２
图２功率型单体电池１ Ｃ充电２ Ｃ放电循环性能图 １ Ｃ ｃｈａｒｇｅ－２ Ｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ８ Ａｈ ｈｉｇｈ—ｅｎｅｍｙ ｂａｋｅｒｙ
图３功率型单体电池１ Ｃ充电３ Ｃ放电循环性能图 Ｆｉｇ．３ １ Ｃ ｃｈａｒｇｅ－３ Ｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｕ ｒｖｅ ｏｆ １ ２ Ａｈ ｈｉｇｈ－ｅｎｅｒｇｙ ｂａｔｔｅｒｙ 在充放电过程中，Ｍｎ．Ｏ键长变化很小，保持不变的ＭＯ。八面 体可以在电化学过程中起到支撑结构的作用Ｉ”，从而保证了在 循环过程中不致由于结构大幅劣化导致电池性能的不断衰 降。功率型单体电池１ Ｃ充电、２ ｃ放电，９４０次循环后容量保 持率９５％，１ ｃ充电、３ ｃ放电，５００次循环后容量保持率 ８９％。功率型电池拥有优异的倍率循环能力，更多的也是源于 材料自身结构的稳定特性。
为考察材料及电池对不同工作温度环境的适应能力，我 们分别对能量型和功率型电池进行了低温、常温和高温的放 电试验，两种电池在不同温度下的放电曲线分别如图６及图 ７所示，相关数据列于表２中。
从图中可以清晰的看出，各类型电池在低温（一３０℃）放
表２单体电池不同温度放电性能数据 Ｔａｂ．２ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｄａｔａ ｏｆ ８ Ａｈ，１ ２ Ａｈ
两种类型单体电池分别进行了常温循环性能测试，两种 类型电池均采用０．５ Ｃ充电，能量型电池采用１ Ｃ放电，功率 型电池为２ ｃ及３ Ｃ放电，各型电池充放电电压范围均为 ４．２～２．８ Ｖ。 １．２．２倍率性能测试
两种类型单体电池分别进行了倍率放电性能测试，两种 类型电池均采用０。５ Ｃ充电，能量型电池采用０．６、１、２、３、４ Ｃ 放电，功率型电池为０．６、４、９、１５、２０ ｃ放电，各型电池充放电 电压范围均为４．２～２．８ Ｖ。 １．２．３高低温性能测试
１实验
１．１电极及实验电池制备 为更全面地体现ＬｉＮｉ。。Ｃｏ，枷ｎ。。Ｏ：材料在动力电池中的
应用能力，我们采用这种材料并使用相同尺寸不锈钢电池壳 体制备了同等容量级别的能量型及功率型两种单体电池，其 中能量型电池额定容量１２ Ａｈ，功率型电池额定容量８ Ａｈ。 １．２性能测试及方法 １．２．１循环性能测试
Ｋｅｙ ＷＯｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｂａｔｔｅｒｙ；Ｉｉｔｈｉｕｍ—ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｙ；ＬｉＮｉｌ船Ｃ０１岛Ｍｎｌ，３０２
近年来，为应对汽车工业迅猛发展带来的诸如环境污染、 石油资源急剧消耗等负面影响…，各国都在积极开展采用清洁 能源的电动汽车ＥＶ以及混合动力电动车ＨＥＶ的研究，并将 其作为今后汽车工业发展的必然方向【２］。其中作为车载动力的 动力电池直接影响着电动车的性能，并成为ＥＶ和ＨＥＶ发展 的主要瓶颈［３］。锂离子动力电池作为未来电动汽车最主要的候 选动力电源，具有成本低廉、性能优异的特点，成为研究的主 要目标ｆ４］。
为探讨ＬｉＮｉ。Ｃｏ．。Ｍｎ。Ｏ：作为动力电源材料的相关特性，
收稿日期：２００９—０４—２０ 作者简介：朱广焱（１９７６一），男，山东省人，工程师，主要研究方向 为锂离子电池。 Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＺＨＵ Ｇｕａｎｇ－ｙａｎ（１ ９７６～），ｍａｌｅ，ｅｎｇｉｎｅｅｒ．
本文将其组装成１２ Ａｈ容量型、８ Ａｈ功率型动力电池，并对研 制的电池进行了电性能及安全性能测试。
Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＬｉＮｉｌ／３Ｃ０１／３Ｍｎｌ／３０２ ｃａｔｈｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ
ｌｉｔｈｉｕｍ．ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ
ＺＨＵ Ｇｕａｎｇ—ｙａｎ，ＬＩＵ Ｘｕｅ—ｓｈｅｎｇ，ＰＡＮ Ｌｅｉ，ＪＩＡＮＧ Ｎｉｎｇ—ｙｉ （Ｔｉａｎｊｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＰｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８１，ｃｈｉｎａ）
Ｆｉｇ．５
ＱＩＡｈ 图５功率型电池倍率放电曲线 Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ８ Ａｈ ｈｉｇｈ—ｐｏｗｅｒ ｂａｋｅｒｙ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｔｅｓ
万方数据
２００９．７ Ｖ０１．３３ ＮＯ．７
５４８
表１ 单体电池倍率放电性能数据
Ｔａｂ １ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｄａｔａ ｏｆ ８Ａｈ．１２Ａｈ
电池类型
能量型 电池
功率型 电池
温度／℃
一３０ ２５ ５５
一３０ ２５ ５５
容量保持率／％
７５ ７４ １００ １０４．９６ ８４ ７６ １００于在低温情况下Ｌｉ＋运动 及传导能力严重减弱，造成电池内阻大幅上升，从而导致电池 放电压降较大，而高温状态下，Ｌｉ＋热运动能力及离子扩散都 得以增强，使得可以参与反应的Ｌｉ＋数量有所增加，同时也在 一定程度上降低了电池内阻，使电池放电压降减小，从而使两 种电池均表现出了高于常温状态的放电能力。如表２中数据 所示，能量型电池在低温（一３０℃）情况下，可以放出７５．７４％ 的容量，而功率型电池可以放出８４．７６％的能量，两种电池低 温放电能力均较好，良好的低温放电性能与ＬｉＮｉ，。Ｃｏ。。Ｍｎ。ＢＯ： 三元材料自身良好的导电性和“＋传导能力也是密不可分的。
２．２倍率放电性能测试
图４及图５为两种类型电池倍率放电曲线，相关数据列 于表１中，数据显示，能量型电池４ Ｃ放电仍能保持３．２ ｖ以 上平均电压，并能保证放出８５％以上容量，功率型电池１５ Ｃ 以下倍率放电，容量保持率均在９０％以上，而２０ ｃ放电容量 保持率也接近９０％。功率型电池采用了薄电极，缩短了Ｌｉ＋由 电极内部扩散至电极表面以及电子由电极内部扩散至集流体 的距离，大幅减小了Ｌｉ十在电极中的传导电阻，使得电池内阻
商业化的锂离子电池主要采用ＬｉＣｏＯ：作为正极材料。由 于钴资源匮乏，导致锂离子电池成本偏高，限制了其应用领域 的拓展，特别是在动力电池中的应用【５］。１９９９年ｌｉｕ等首次报道 了结构式为ＬｉＮｉｌ一，＿］２０ｘＭｎｙ０２（０＜ｘ＜ｏ．５，０＜ｙ＜０．５）镍钴锰三元过 渡金属复合氧化物。Ｎｉ．Ｃｏ—Ｍｎ三元素协同效应的“． Ｎｉ。Ｃｏ。。Ｍｎ。Ｏ：综合了其他材料的优点，如ＬｉＣｏＯ：良好的循环 性能、ＬｉＮｉＯ：的高比容量和ＬｉＭｎ２０。的高安全性及低成本等特 点，被认为是最有应用前景的新型正极材料同，也被认为是用 于纯动力电源（ＥＶ）和混合型动力电源ＨＥＶ的理想选择同。
两种类型单体电池分别进行了倍率放电性能测试，两种
万方数据
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２００９．７ Ｖ０１．３３ ＮＯ．７
类型电池均采用０．５ Ｃ充电，分别于－－３０、２５、５５℃放电，能量 型电池ｌ Ｃ放电，功率型电池２ Ｃ放电，各型电池充放电电压 范围均为４．２～２．８ Ｖ。 １．２．４荷电保持能力测试
两种类型单体电池分别进行了荷电保持能力测试，均于 满电态，常温下搁置２８ ｄ，之后进行放电容量测试，能量型电 池１ ｃ放电，功率型电池２ ｃ放电，各型电池充放电电压范围 均为４．２～２．８ Ｖ。 １．２．５快速充电能力测试