《电源技术》第九期文章推荐|天津中电新能源研究院有限公司徐国平、陈彦强、刘兴江大容量低温功率型钠离子电池及模块性能研究

大容量低温功率型钠离子电池及模块性能研究

徐国平¹，陈彦强²，刘兴江³

(1.天津中电新能源研究院有限公司，天津 300384；2.陕西飞机工业有限责任公司，陕西 汉中723000；3.中国电子科技集团公司 第十八研究所，天津 300384)

摘要：钠离子电池由于其丰富的资源和广泛的分布，具有潜在的低成本，显示出巨大的应用前景。与电池火灾和爆炸有关的事故也进一步证实，二次电池的安全性是动力及储能系统的先决条件。采用P2型层状氧化物材料制备60 Ah大容量低温功率型钠离子方形电池及2并7串电池模块，并进行了电化学及安全性能测试。

关键词：层状氧化物；高安全；低温；钠离子电池

1 实验

1.1 单体电池及模块组合方式

1.2 单体电池及电池模块电性能测试

(1)单体不同温度充放电制式：常温25 ℃下0.5 C充电至3.9 V，0.05 C截止；45、25、10、0、－10 ℃下1 C放电至2.0 V截止；－20、－30、－43 ℃下1 C放电至1.5 V截止。

(2)单体倍率充放电制式: 常温25 ℃下0.5 C充电至3.9 V，0.05 C截止；0.33 C、1.0 C、1.5 C、3.0 C、5 C放电至2.0 V截止。

(3)模块充放电制式：0.5 C充电至27.3 V，0.05 C截止；0.33 C放电至16.8 V。

(4)模块75%荷电状态(SOC)标定：常温25 ℃下0.5 C充电至27.3 V，0.5 C放电30 min。

1.3单体电池安全性测试

钠离子单体电芯安全测试参考GJB 4477-2002。

2 结果与讨论

2.1 单体电池电性能测试

图1  60 Ah单体电池常温倍率性能曲线

图2   60 Ah单体电池1 C工况下的温度性能曲线

图3  60 Ah单体电池常温15 C脉冲放电性能曲线

图4 －43 ℃ 60 Ah单体电池3 C 30 s第1次和第2次脉冲放电曲线

图5 －43 ℃ 60 Ah单体电池3 C 30 s第9次至第15次脉冲放电曲线

图6 2并7串电池模块常温容量曲线

图7 2并7串电池模块25 ℃下100%SOC放电曲线(各单体电池独立采集电压)

图8 2并7串电池模块－43 ℃下100%SOC放电曲线(各单体电池独立采集电压)

图9 2并7串电池模块330 A-75 s脉冲放电曲线(各单体电池独立采集电压)

2.2 单体电池及模块安全性能测试

2.2.1短路实验

图10  60 Ah单体电池45 mΩ短路性能曲线

2.2.2过充电实验

图11  60 Ah单体电池0.2 C-6 V过充性能曲线

图12  60 Ah单体电池1 C-6 V过充性能曲线

2.2.3针刺实验

图13 60 Ah单体电池针刺性能曲线

3 结论

(1)采用中电科自行研发的功率型P2型钠离子层状材料制备的电池及模块，低温性能、倍率以及功率性能优异，模块即使在75%SOC条件下也能够满足GJB1724A-2009的启动标准。

(2)钠离子电池安全性能优异，经过过充、短路、针刺实验，未出现起火、爆炸等现象，安全性能优异。

采用P2型材料制备的钠离子电池在大规模储能系统、动力及特种领域具备广泛的应用前景，可取代铅酸电池作为启动动力电源。

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