毛继勇;许汉良
【摘 要】考察了电解液中PS添加剂含量对锂离子电池初始容量及内阻、高温储存性能、倍率性能、常温循环性能的影响.电解液中PS添加剂含量对于电池初始容量及内阻影响不大.电解液中PS添加剂含量越高, 电池的高温储存性能越好.而随着电解液中PS添加剂含量的增加, 电池的倍率性能和常温循环性能均有所下降.综合考虑, 电解液中PS添加剂含量为1%时, 电池性能较优.%The effect of PS additives concentration in electrolyte on initial capacity, resistance, high temperature storage performance, rate capability, room temperature cycle performance of lithium-ion batteries were investigated. The PS additives concentration had little effect on initial capacityand resistance. When the PS additives concentration increased, the batteries high temperature storage performances were better. However, the batteries rate capability and room temperature cycle performance were worse. Overall consideration, the batteries performances were the best when the PS additives concentration was 1% in electrolyte.
【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2018(046)012
【总页数】3页(P56-57,60)
【关键词】PS;初始容量及内阻;高温储存;倍率;常温循环
【作 者】毛继勇;许汉良
【作者单位】珠海鹏辉能源有限公司,广东 珠海 519180;珠海鹏辉能源有限公司,广东 珠海 519180
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【正文语种】中 文
【中图分类】TM911.11
锂离子电池是一种高比能量的二次电池体系，具有使用寿命长、环境污染小、使用温度范围宽等优点[1-2]。在日常生活数码类、储能类、动力电池等等被广泛应用[3-4]。PS(1，3-
丙烷磺酸内酯)作为锂离子电池电解液中性能优良的负极成膜添加剂[5-6]，具有价格便宜，优良的溶解性能，良好的成膜性能和高低温导电性能[7-8]。PS含量的大小，在很大程度上影响了锂离子电池电性能[9-10]。
本文采用不同PS(1,3-丙烷磺酸内酯)含量(质量百分比)电解液制备锂离子电池，研究了锂离子电池性能与PS含量的关系。
1 实 验
1.1 电池的制备
正极：活性物质镍钴锰酸锂，北京当升；导电剂纳米碳管，深圳纳米港；导电炭黑Super-P，Timical公司；PVDF粘结剂聚偏氟乙烯，法国Solef。以质量比97.0:1.0:1.0:1.0混溶于NMP(濮阳产，电子级)中，制成均匀浆料，涂覆在16 μm 铝箔(佛山产，≥99.5%)上。有机玻璃加工设备
负极：活性物质石墨(深圳产)，导电炭黑Super-P，Timical公司；BH90-Ⅱ增稠剂CMC，常熟产；SD 8556 ap粘结剂丁苯橡胶SBR，上海产。以质量比95:1:1.5:2.5混溶于去离子水(电导率<1 μS/cm)，制成均匀浆料，涂覆在9 μm铜箔(惠州产，≥99.7%)上。
正负极卷料经70～110 ℃，12 h，烘干制成正、负极片，再经过辊压制成119～125 μm(正极)和124～130 μm(负极)厚度的极片。正、负极片和PP(聚丙烯)隔膜材料(单层，20 μm厚)，通过卷绕方式制成电芯，装入铝塑膜中，进行热封。在95 ℃下真空(<-0.08 MPa)烘烤12 h，注入试验电解液(汕头产)，待电解液完全浸润后，以0.2 C恒流充电16 min，然后0.5 C恒流充电45 min，进行化成。化成后抽气整形，分容得到样品电池。根据PS含量，分别标记为A(PS含量0.5%)、B(PS含量1.0%)、C(PS含量1.5%)、D(PS含量2.0%)。
1.2 电池性能的测试
按照不同PS含量的电解液，将电池进行标记后，用5 V/3 A锂离子电池检测柜(深圳产)测试初始容量，再用BT3561交流电阻测试仪(日本产)测量交流内阻(SOC 80%)，然后放入ITH-150-40-SP高温箱(广东产)中，进行充放电容量测试。
初始容量测试：电池在室温条件下，在电池检测柜上以0.5 C恒流充电至4.2 V，而后4.2 V恒压充电，截止电流为0.05 C，搁置30 min。以0.2 C恒流放电至3.0 V，搁置30 min，循环2次，取3次循环的最高容量为初始容量。
高温储存性能测试：电池充满电后，放置在高温高湿箱中，(60±3)℃储存7 d后，以0.2 C恒流放电至3.0 V，记录放电容量为保持容量，容量保持率=保持容量/初始容量；在电池检测柜上以0.5 C恒流充电至4.2 V，而后4.2 V恒压充电，截止电流为0.05 C，搁置30 min。以0.2 C恒流放电至3.0 V，搁置30 min，循环2次，取3次循环的最高容量为恢复容量，容量恢复率=恢复容量/初始容量。
倍率性能测试：电池在室温条件下，在电池检测柜上以0.2 C恒流放电至4.2 V，再以0.2 C恒流充电至4.2 V，而后4.2 V恒压充电，截止电流为0.05 C，搁置30 min。再分别以0.5 C、1 C、2 C、3 C电流进行放电至3.0 V，并分别记录其放电容量，倍率=不同电流放电容量/0.2 C放电容量。
循环性能测试：电池在室温条件下，在电池检测柜上以0.5 C恒流充电至4.2 V，而后4.2 V恒压充电，截止电流为0.05 C，搁置10 min。以0.5 C恒流放电至3.0 V，搁置30 min。而后再以前述工步进行充放电，进行循环性能测试。
2 结果与讨论
aaaaaaaaaaaaaaaaaa2.1 初始容量和内阻测试
采用不同PS含量的电解液制备的样品电池的室温初始容量和交流内阻如表1所示。
表1 样品电池的室温初始容量和内阻Table 1 The batteries initial capacity and internal resistance at room temperature电池编号容量/mAh内阻/mΩ电池编号容量/mAh内阻/mΩA162067B162165A262266B262065A362466B362267A462266B461969C161969D162269C262066D262570C362669D362365C462167D462067
由表1可知，各组样品电池的室温初始容量和内阻差别不大，说明PS含量对电池室温下初始和内阻影响不大。这是由于PS作为电液添加剂参与SEI成膜，不同含量的PS对于SEI膜成膜厚度及致密性区别影响不大。
2.2 高温存储性能测试
采用不同电解液制备的样品电池的容量保持率、容量恢复率、厚度变化率如表2所示。
表2 样品电池的高温存储性能Table 2 The batteries high temperature storage performance方案60 ℃,7天前电压/V内阻/mΩ厚度/mm60 ℃,7天后容量保持率/%容量恢复率/%厚度变化率/%A4.195706.3094.2099.401.11B4.197686.2994.7699.881.12C4.197676.3395.0399.071.16D4.198716.3295.6499.941.10
由表2可知，随着PS含量的增加，电芯的高温储存性能越好。由于在电芯化成过程中，PS由于化学反应，可在石墨电极表面包覆形成一层致密、稳定的SEI膜，有效地提高了电极电化学性能的稳定性。电液中PS含量越高，形成的SEI膜愈致密[11]。高温储存过程中，电极表面会发生反应，SEI膜愈致密，电液成分与石墨发生的副反应愈少，从而高温储存性能更好。
2.3 倍率性能测试
采用不同电解液制备的样品电池的倍率性能如表3所示。
表3 样品电池的倍率性能Table 3 The batteries rate performance方案初始容量/mAh0.5 C/0.2 C1 C/0.2 C2 C/0.2 C3 C/0.2 CA62199.89%989086B62399.90%989086C62099.86%988985D62199.88%988883
由表3可知，随着倍率放电电流的提升，PS含量越高，其高倍率性能越差。主要是由于在PS电解液体系中，电子转移电阻相对较大，随着倍率放电电流的提升，极化增大导致。
2.4 循环性能测试
采用不同电解液制备的样品电池的常温1 C循环性能如图1所示。
图1 样品电池的循环性能Fig.1 The batteries cycle performance
pvc面膜由图1可知，随着循环次数的增加，电解液中PS含量越高，容量保持率越低。这是由于PS聚合物在石墨负极界面形成的SEI膜稳定性差，随着循环次数的增加，负极不断发生反应，导致电极界面电阻逐渐升高，极化愈来愈大，从而导致可逆容量降低，电池循环性能变差。
3 结 论
随着电解液中PS含量的增加，电池初始容量和内阻无明显差异。当电液中PS含量为2%时，电芯的高温储存性能最佳，PS含量为2%的电芯比PS含量为0.5%的电芯，容量保持率高1.44%，容量恢复率高0.54%。0.5 C/1 C小电流放电时，不同PS含量电芯放电效率相差不大；2 C/3 C大电流放电时，PS含量越高，电芯放电效率越差。电液中PS含量越高，随着循环次数的增加，容量保持率越低。综合考虑，电液中PS含量为1%时，电芯的综合性能较优。
参考文献
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