新能源汽车锂电池中铝箔表面形貌对电池性能影响研究

李飞飞1，2

（１．太原理工大学，山西　太原　０３００００；２．运城职业技术学院，山西　运城　　０４４０００）

传统汽车电池铝箔表面形貌变化情况相对严重，易导致有机液态电解质性能下降等问题，存在较大的安全隐摘 要：

患。为有效解决以上问题，重点分析了铝箔表面形貌对电池中电解液和隔膜电阻的两方面性能的影响。针对不同电解液的新能源汽车锂电池性能结构进行对比分析，研究了凝胶电解液锂离子电池的电解液性能以及其溶解液受铝箔表面形貌变化的影响情况，以及铝箔表面形貌对电池隔膜电阻性能的影响，并针对以上研究结果提出相应的建议，以便达到稳定电池性能，达到保障新能源汽车锂电池安全、环保的使用目标。

新能源汽车；锂电池；铝箔表面形貌；电池性能关键词：

Ｆ２７２　　Ａ　　１００２－５０６５（２０１８）１７－０２８６－２中图分类号：文献标识码：文章编号：

Influence of aluminum foil surface morphology on battery performance

in lithium ion batteries of new energy vehicles

LI󰀁Fei-fei1,2

（１　Ｔａｉｙｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｔａｉｙｕａｎ　０３００００，Ｃｈｉｎａ；　２．　Ｙｕｎｃｈｅｎｇ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，　Ｙｕｎｃｈｅｎｇ　０４４０００，Ｃｈｉｎａ）

Abstract: Ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｆｏｉｌ　ｏｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　ｂａｔｔｅｒｙ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ，　ｗｈｉｃｈ　ｅａｓｉｌｙ　ｌｅａｄｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｌｉｑｕｉｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，　ａｎｄ　ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ａ　ｇｒｅａｔ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｓａｆｅｔｙ　ｈａｚａｒｄ．　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ａｂｏｖｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｍｏｔｅ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ＨＥＶ，　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｆｏｉｌ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　ａｎｄ　ｄｉａｐｈｒａｇｍ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｉｎ　ｂａｔｔｅｒｙ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．　Ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｌｉｔｈｉｕｍ　ｂａｔｔｅｒｉｅｓ　ｆｏｒ　ｎｅｗ　ｅｎｅｒｇｙ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ　ｗｅｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ．　Ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｅｌ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　ｌｉｔｈｉｕｍ　ｉｏｎ　ｂａｔｔｅｒｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇ　ｌｉｑｕｉｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｆｏｉｌ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｆｏｉｌ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂａｔｔｅｒｙ　ｄｉａｐｈｒａｇｍ　ｗａｓ　ａｌｓｏ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．　Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅ　ｂａｔｔｅｒｙ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｉｔｈｉｕｍ　ｂａｔｔｅｒｉｅｓ　ｆｏｒ　ｎｅｗ　ｅｎｅｒｇｙ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ．Keywords:　ｎｅｗ　ｅｎｅｒｇｙ　ｖｅｈｉｃｌｅ；　ｌｉｔｈｉｕｍ　ｂａｔｔｅｒｙ；　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｆｏｉｌ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ；　ｂａｔｔｅｒｙ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

1 铝箔表面形貌对锂电池电解液性能影响

锂电池的主要结构部件为隔膜，电解液以及电池的正极、负极，其中电解质在电视使用过程中起着对电离子进行传导的重要作用，因此电解液性能的好坏对锂电池的寿命、能量密度、安全性以及功率密度等方面性能起到重要的影响

[2]

作用。

因此，在铝箔表面形貌变化情况下，对电池的电解液的性能变化情况进行研究好分析，当前常见的锂电池可分为凝胶电解液锂电池和全固态锂电池子电池等[1]。其中不同的电解液类型对电池的综合性能影响各不相同。

结合上述资料进行分析和研究，不难发现，在诸多锂电之电解液中，液态有机电解液通常存在易燃、易泄露等缺陷，而全固态电池在使用过程中，寿命相对较短，且电解液受铝箔表面形貌影响相对严重，因此当前已对液态有机电解液结构进行优化产生了凝胶聚合物电解液的电池结构。该电解液由聚合物基体、增塑剂等聚合物基体构成骨架，支撑着电池的隔膜。

根据以上数据可以得知，在新能源汽车锂电池中，凝胶聚合电解液性能响度较好，具有加工成型简单、与电极兼容性好等优势，充分满足了当前新能源汽车的使用要求。由于

在锂电池中电离子传导主要在包含增塑剂的聚合物基体部

分，因此要求电池在使用过程中拥有较高的增塑剂粘度和沸点，从而保障在铝箔表面形貌发生变化的情况下，电池在使用过程温度持久。结合上表对凝胶聚合物电解液在铝箔表面形貌变化情况下的电导率进行分析，得到下图。

图1󰀁󰀁铝箔表面形貌对电解液性能影响

２０１８－０７收稿时间：

李飞飞，男，工程师，研究方向：新能源汽车。作者简介：

结合上图分析发现，电解液性能的影响变化受铝箔表面形貌变化存在一定的影响，但整体而言相对较低，实际电池性能的变化上更多方面依赖于电池溶解液中的聚合物中液的组成成分，因此，电池溶解液聚合物中若含有大量多孔结构和良好吸液能力，更有利于稳定电池的性能，保障电池的

286世界有色金属 2018年 9月上

环保性，提高电池聚合物的吸液能力。

2 铝箔表面形貌对电池隔膜电阻性能的影响

在电池的使用过程中，铝箔表面形貌的变化对电池隔膜与电极接触表面的相容性影响也相对较高，会影响电池的运行性能，可以兼顾聚合物电解质的电化学和力学性能。因此在铝箔表面形貌的变化的情况下对新能源汽车锂电池的交流阻抗谱性能变化情况进行检测，得到下图。

根据以上研究结果不难发现，铝箔表面形貌辩护很大程

度上对电池隔膜电阻性能和运行状态产生影响，新能源锂电池中，因此为了更好的保障电池的使用性能，建议对铝箔表面外来杂质和电解液分解产生的杂质进行价格处理，纯化锂电池充放电环境，从而提高铿隔膜电阻电池性能。

另外，新能源汽车锂电池隔膜电阻结构成分主要包括溶液电阻和电极本身的电阻等无机物电极材料，导致电池本身易出现存在容量低等问题，为解决以上问题，、传统车用电池铝箔表面存在硬度差等问题，因此建议适当结合聚氨酷具的独特软硬段结构进行设计性强，选用聚氨酷作为聚合物电解质基体，聚氨酷原料便宜、质量坚硬等特征，作为电极材料制备新能源汽车锂电池。以便更好的保障电池运行性能的稳定。

3 结语

相对于传统车用电池，新能源汽车对电池的性能要求相对更高，为了更好的提高电池性能进行研究和优化。

针对当前锂电池使用过程中常见的铝箔表面形貌对电池电解液以及电池隔膜电阻等主要性能的影响程度进行研究和分析。并针对研究结果给出相应的优化建议，以便更好的对电池电解液与电阻性能进行强化，坚固新能源汽车锂电池表面强度，以便更好的促进和推动新能源汽车行业的长远发展。图2󰀁󰀁铝箔表面形貌对隔膜电阻性能影响

（上接285页）

3 系统开发

稀土金属自动打码系统包含Visual Studio开发和组态开发两部分，采用Visual Studio开发实现称重数据采集与自动打码功能，利用组态开发实现数据采集及报表自动生成功能。

3.1 Visual Studio开发

本系统采用SerialPort类实现串口数据通信。在编程之前，先通过串口调试助手测试计算机串口的数据收发功能是否正常，再按以下步骤进行代码编写：编写comm类、注册串口、打开串口、发送指令、收到指令并解析数据、保存数据并输出。在数据处理过程中要注意字符之间的转换，采用Convert.ToInt32(String,Int32)方法将字符串转换为对应的16进制数据；采用Convert.ToByte(Int32)方法将16进制数据转换为字节数据。使用自定义截取字节数组函数SubByte(byte[]srcBytes,int startIndex,int length)截取稀土金属的重量数据，与对应的生产时间和工位代码一起转换成“生产时间-重量-工位代码”的格式并返回到系统。根据打码机厂家提供的通讯指令手册，编写打码指令代码。系统收到返回的产品信息数据后自动发送打码指令，打码机接收指令后根据指令所规定的内容和格式在金属块表面进行打码。

3.2 组态开发

出于方便和灵活性考虑，本系统选用“组态王6.55”作为开发平台，实现数据采集及报表自动生成功能。根据系统功能要求进行界面开发，界面直观友好、操作简便、功能齐

全。主要画面有：①产品信息报表画面：包含产品信息报表

显示、查询、保存及打印功能。稀土金属块在称重的同时，重量数据同步传输至计算机，系统按时间顺序逐行记录稀土金属块产品重量、工位代码、生产时间等信息，自动生成产品信息报表。②生产数据报表画面：包含生产数据报表输入、显示、查询、保存及打印功能。操作人员在此画面输入炉台号、领料量、加料时间、出炉时间等数据；系统结合产品信息报表，进行数据处理分析，可自动计算每台电解炉产量、总产量及电解料比等数据，形成专业的生产数据报表，经统计分析可为生产工艺改进提供可靠的依据。③实时参数画面：包含实时运行参数表和报警窗口。通过智能电表采集数据，自动生成实时运行参数表，可实时显示每台电解炉的电流参数和电压参数。报警窗口设置限值，当电压或者电流超过设定范围会自动报警。通过本画面可实时观察现场的生产运行情况，一旦出现问题可及时进行调整。

4 总结

本文针对稀土金属后处理生产工艺流程，设计了稀土金属自动打码系统。该系统可实现自动打码、数据采集及报表自动生成等功能。应用本系统，可摈弃人工记录报表和手动打码的方式，提高打码准确率、降低劳动强度、节约生产成本、提高工作质量与生产效率，有效的推动了稀土金属生产过程自动化发展。

[1]󰀡王祥生,王志强,陈德宏,等.稀土金属制备技术发展及现状[J].稀

土,2015,36(05):123-132.

[2]󰀡刘柏禄.稀土金属熔盐电解技术进展[J].世界有色金属,2009(12):75-76.

2018年 9月上 世界有色金属287