钛酸锂电池的电化学反应方程式:
正极反应:LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2→Li1-xNi1/3Mn1/3Co1/3O2+xLi++xe-
负极反应:Li4Ti5O2+xLi++xe-→Li4+xTi5O12
总化学反应方程式:–––
LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2+Li4Ti5O12→Li1-xNi1/3Mn1/3Co1/3O2+Li4+xTi5O12
3 钛酸锂电池组在基站的工作方式
由于钛酸锂电池的电解液是有机液体,再加上锂金属是一种非常活泼的元素,所以该电池必须密封,电池在正常的充放电条件下是几乎不产生气体的。即使电池长期处于间歇充电状态下,电池内部也不会产生较高压力,电池安全可靠。另外,通信基站电源对电池组的供电方式是浮充加均充稳压限流工作模式,对于电池组间歇充电而言,调整浮充和均充电压,都设定为53.9V,对钛酸锂电池组进行充电,这个电压对电池极板和电解液都是比较稳定的,电池容量变化极小,不同的浮充电压值对电池的容量影响不明显,电池可以长期处于间歇式充、放电状态,所以钛酸锂电池组用于通信基站是非常适合的。图4为间歇式充放电原理图。
T1和T3为充电过程;T1为恒流-恒压充电阶段;T3为间歇式补充电阶段;T2为电池组开路静置阶段;T4为电池组放电过程。
4 圆柱型钛酸锂电池的工艺特点
(1) 全极耳卷绕式金属外壳独特结构
电池采用圆柱形不锈钢壳激光封口,结构具备不漏液、不气胀、抗震耐碰、环境适应性强,具有在高热、高寒、高湿环境下应用的优势。
内部极耳采用横向引流技术,可现实正负极片多极耳引出,解决了圆柱型电池不能多极耳引流的难题,降低了电池充放电过程中极化内阻,使电池具备高功率充放电性能。
正负极耳在电池两端引出,有利于电池充放时热量的发散,避免热量只在一端聚集的情况。
电芯极卷采用全自动卷绕方式,极片在卷绕过程中,通过精确的张力控制系统,使极片之间的间隙极小。每圈电池均有极耳引出,有效降低电池的内阻,改善电池的大电流放电性能,并提高电池均一性。
(2) 单体容量设计
卷绕式圆柱钛酸锂电池实现了从低容量电池到高容量电池的飞跃,解决了高容量电池产业化生产过程中的关键技术问题及应用难题,用单体大容量动力锂电池作为动力模块替代成百上千个小容量电池的串并联,从而降低了电池组装的安全隐患,提高电池的一致性。
卷绕式圆柱钛酸锂电池能够适应的温度范围为-40～60℃。采用合理的电解液配方,使电解液有比较宽的电化学工作窗口,特别是在高电压以及高低温时,仍有比较高的耐受性,电解液不易分解。电解液的耐高压性以及较高的锂离子浓度,提高了锂离子在电极表面的扩散速度。同时电解液中含有的高介电常数溶剂,减少了锂离子的溶剂化,减小了电解液在低温环境下的运动阻力,提高了电池的低温性能及倍率性能。
卷绕式电池能实现连续化生产,减少生产工序,大幅度提高生产效率,降低电池的制造成本;与此同时,在制造成本相同的情况下,规模化生产高容量电池,实现核算单位制造成本的降低。