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鋰電池極耳內部結構構成

鋰離子電池的內部結構根據(jù)其制作方式主要分為4種:正常結構、極耳中置結構、多極耳結構、疊片結構。正常結構正負極只有一個極耳,極耳位于極片的一端,通過卷繞的方式制作;極耳中置結構極耳位于極片的中部,一般通過激光清洗、間隔涂布、貼膠帶等方式處理,電池的內阻較小,倍率性能較好;多極耳卷繞極片有多個極耳,極耳位置根據(jù)設計各有不同,電池電阻更小,電池的倍率性能更好;疊片電池通過將極片裁切成特定的形狀,通過正負極交替折疊制作,每層中都有一個極耳,這種結構的電池倍率性能最好。

1 極耳中置結構

極耳的位置對于鋰離子電池內阻以及倍率有明顯的影響,極耳處于正負極的中間時,電池的內阻以及倍率性能最好,其性能接近疊片工藝的電池。下圖為極耳中置結構與正常結構的對比圖,正常結構極耳位于極片的一端,極耳中置結構極耳位于電池極片的中部。

下表為兩種結構的電池性能差異,同一型號采用極耳中置結構以及正常結構電池內阻、直流電阻(DCR)相差較大,正常結構內阻達到30mΩ,極耳中置結構內阻只有17mΩ;50%荷電態(tài)下正常結構的DCR為56.6mΩ,極耳中置結構為47.4mΩ。在電池倍率性能方面,二者的小倍率性能差異不大,大倍率差異明顯。極耳中置結構極耳在極片的中部,放電過程中電子從中間向兩端擴散,電流較小時,載體通過電子能力足夠,而大倍率時,電子數(shù)目過多,通道阻塞,導致其大倍率性能差,同時極片也會產熱,導致其循環(huán)性能差。

2 多極耳卷繞

多極耳卷繞技術在載體中切割出固定的極耳形狀,卷繞完成之后再將載體焊接極耳引出,形成多極耳電池。

多極耳卷繞由于其極耳更多,且分布更均勻,這種結構的電池倍率性能更好,充放電溫升更小,適合大功率設備,目前無人機采用此種結構比較多。由于其焊接要求以及精度更高,此種結構制作的電池成本更高。多極耳結構的優(yōu)勢有:進一步降低電池阻抗,提高電池大倍率充放電性能,支持5C~10C放電;有效降低電池高倍率放電下的溫升,10C放電電池表面溫升低于20℃;電池溫度低,顯著增加電池循環(huán)使用壽命。

下表為多極耳結構對比極耳中置結構的性能優(yōu)勢:多極耳卷繞電池的內阻比極耳中置電池小很多,其恒流充電容量占總容量的百分比也較大。目前手機廠商普遍宣稱其產品能夠進行快充,但是大都只限定前30min,充電后段的恒壓階段實際時間較長,而多極耳卷繞技術可以對這方面進行改善,但由于其極耳較多且需要焊接并引出,導致其能量密度偏低,提升多極耳結構電池能量密度將是未來該技術的主要方向。

3 疊片結構

相比多極耳卷繞,疊片電池每層都引出一個極耳,此種結構制作的電池快充性能是目前各種結構中最高的。但是由于其自動化程度的限制,目前在消費類電子領域使用較少,主要用于軍工以及動力電池等領域。相信隨著自動化能力的提升,疊片技術在日后必將成為主流。

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