怎樣做好高倍率鋰電池？高倍率電池市場(chǎng)工藝介紹

　　記得早期接觸高倍率鋰電池的時(shí)候還沒(méi)有現在的Z字型疊片，只有Bell-Core工藝的疊片，而且稍微大一點(diǎn)的型號還得手動(dòng)來(lái)。國內早期的幾家鋰電池廠(chǎng)家將這個(gè)工藝用到了極致，采用了吸附式疊片，一次性可以吸5片以上，效率還是不錯的。但是這個(gè)工藝有很多缺陷，比如：萃取劑毒性比較大、Loading不能做太高導致能量密度很低；但由于這個(gè)工藝是真正意義上的凝膠電池，所以安全性能非常好，我親自做過(guò)實(shí)驗，拿剪刀剪，釘子刺，電池電壓正常，也能充放電，不會(huì )起火燃燒。后面卷繞工藝開(kāi)發(fā)出來(lái)后，Bellcore工藝就慢慢淘汰了，高倍率電池也向多極耳發(fā)展了，再到后來(lái)，Z字型疊片也出來(lái)了。直至今日，用于高倍率電池的工藝主流還是Z字型疊片和多極耳卷繞。

一、高倍率電池市場(chǎng)

　　高倍率電池指的是可以大電流放電的電池，鋰電池的高倍率充放性能與鋰離子在電極、電解質(zhì)以及它們界面處的遷移能力息息相關(guān)，高倍率鋰電池放電倍率可滿(mǎn)足脈沖100C，持續60C，其被廣泛應用于大電流放電等特殊場(chǎng)合。 高倍率電池的用途主要為：電動(dòng)工具、傳統模型玩具、電子煙、部分醫療設備、無(wú)人機、啟停等。

　　電動(dòng)工具和傳統模型是在之前鎳氫的基礎上搶占市場(chǎng)，由于鋰離子電池的特性，導致電動(dòng)工具市場(chǎng)一直不溫不火，在傳統模型這一塊實(shí)現了完美替換，但是市場(chǎng)容量一直沒(méi)有很大的起色，2009年高倍率電池總市場(chǎng)容量?jì)H為10億RMB，在鋰電池市場(chǎng)統計中始終處于Others地位。下面摘取高工鋰電的一份數據：

圖1 高倍率鋰電池市場(chǎng)

　　最近幾年，隨著(zhù)應用領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展，倍率型鋰離子電池的市場(chǎng)一直在高速增長(cháng)。

二、高倍率電池材料體系

　　高倍率電池的特點(diǎn)就是能夠大倍率放電，其正負極體系主流還是鈷酸鋰和石墨體系，當然活性材料的顆粒度均比常規的高容體系要小很多。一般鈷酸鋰的粒徑D50在5-6um，石墨的粒徑在7-8um，粒徑越小，其BET就越大，反應活性就越高。電解液體系采用的是低粘度、高鋰鹽濃度的體系，其電導率很高。而隔離膜，主要以高孔隙率、高透氣度為主。

圖2 高倍率電池正極顆粒對比

圖3 高倍率電池負極顆粒對比

　　在輔材方面，為了滿(mǎn)足高倍率電池的高倍率放電特性，就勢必要添加更多的導電劑來(lái)提升極片的電子電導，通常，導電劑都是多種導電劑的混合。

　　總的說(shuō)來(lái)，在材料體系方面，為了實(shí)現倍率放電，在電子電導和離子電導方面都需要提升，一旦兩者都提升，那么就意味著(zhù)高倍率電池整個(gè)化學(xué)體系比較活躍，化學(xué)反應的反應速度要快，從另外一方面來(lái)講，就是一旦出現內部，熱失控更容易發(fā)生。

　　高倍率電池由于放電電流比較大，因此，內部溫升比較高，一般在放電末期，電池表面的溫度會(huì )去到60℃以上，此時(shí)，電芯內部的溫度可能會(huì )去到接近80℃的水平，更加加劇了電池內部的一些副反應發(fā)生，堵塞離子通道，同時(shí)，部分溶劑氣化破壞界面，SEI重組損耗電解液，內阻增大，倍率下降，循環(huán)性能會(huì )衰減很快。

三、高倍率電池工藝

　　目前市面上主流存在的工藝為：Z字型疊片工藝和多極耳卷繞工藝。兩者工藝有個(gè)共同點(diǎn)：均需要刀模模切。相對來(lái)說(shuō)，疊片工藝由于每一片都是模切出來(lái)，刀模接觸周長(cháng)更長(cháng)，其出現毛刺和掉粉的幾率更大；再者，疊片電池在極耳焊接時(shí)容易拉扯導致錯位，見(jiàn)圖4和圖5。

圖4 錯位

圖5 毛刺

　　而多極耳工藝同樣也存在類(lèi)似的問(wèn)題，畢竟極片經(jīng)過(guò)了刀模沖切，損害不可避免。加上倍率電池使用的是高孔隙率、高透氣度的隔膜，其穿刺強度會(huì )低于普通隔膜，抗毛刺、粉塵等風(fēng)險要弱，因此，兩種工藝在安全性能上來(lái)說(shuō)要低于普通的數碼類(lèi)電池。只是相對于疊片電池來(lái)說(shuō)，多極耳工藝會(huì )在效率上面有所提升，降低電池的人工成本和制造成本。

四、高倍率電池一致性

　　高倍率電池由于其使用的特殊性，需要大電流放電，而目前制造廠(chǎng)商在配組篩選時(shí)不可能全檢大電流放電性能，基本都是采用的是小電流來(lái)檢測容量、電壓平臺等，其實(shí)這根本不能很好的解決電池在大電流放電時(shí)的一致性。我之前做過(guò)研究，設計一款60C倍率放電的電池，其在35C放電時(shí)放電曲線(xiàn)一致性很好，但是一旦倍率擴大到55C，放電嚴重出現不一致，見(jiàn)圖6和圖7：

圖6 35C放電曲線(xiàn)

圖7 55C放電曲線(xiàn)

　　不一致性因為電流增大而擴大，這樣很容易導致組合電池出現不平衡現象，尤其是目前很多高倍率電池組沒(méi)有加保護板的情況下很容易因為電池不一致而出現性能衰減快、脹氣甚至起火等情況。

五、總結

　　鑒于以上分析，我們得知高倍率電池為了滿(mǎn)足其快速放電要求，必須提升整個(gè)化學(xué)體系的電子電導和離子電導，勢必會(huì )帶來(lái)很多缺陷，例如：倍率放電循環(huán)差、安全性能差、配組困難。怎么樣做好高倍率電池是一個(gè)需要探討的話(huà)題，尤其是倍率和安全的兼顧更是一個(gè)難題，任重而道遠。

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