高轻便性软包设计，多样化组合，力神软包锂电池SP5758 评测

前言

天津力神电池股份有限公司（以下简称力神电池）是一家国有控股的国家高新技术企业，创立于1997年12月25日，是国内首家锂离子电池研发与制造企业，拥有25年锂离子电池研发与制造经验。

力神电池产品包括圆（柱）型、方型、动力和聚合物电池以及超级电容器等五大系列。此次，此次，充电头网对其中搭载力神软包锂电池SP5758 的充电宝进行过拆解，下面将对此款电芯进行不同倍率的充放电测试，看看性能表现如何？

产品介绍

力神软包锂电池SP5758 采用常规的铝塑复合膜封装，侧边为黄色绝缘封条贴。

力神软包锂电池SP5758 侧面拥有正负电极片，采用两片电芯组合设计。

力神软包锂电池SP5758 正面印有相关参数字样：放电平台 3.7V，容量 5Ah（0.2C），能量 18.5Wh。

力神软包锂电池SP5758 长度约为101.22mm。

力神软包锂电池SP5758 宽度约为58mm。

力神软包锂电池SP5758 厚度约为11.7mm。

力神软包锂电池SP5758 重量约为144.6g。

充放电测试

关于锂电池的充放电能力需要进行实测，以下将进行0.2C、0.5C和1C倍率进行充放电测试。

充电测试

充电测试阶段将维持恒流状态，统计其总耗时及其充入能量数值。

0.2C

绘制出折线图，可以看出，设置0.2C为 力神软包锂电池SP5758 恒压充电，直至充满，耗时5小时12分，充入能量约为18.32Wh。

0.5C

绘制出折线图，可以看出，设置0.5C为 力神软包锂电池SP5758 恒压充电，直至充满，耗时2小时36分，充入能量约为19.26Wh。

1C

绘制出折线图，可以看出，设置1C为 力神软包锂电池SP5758 恒压充电，直至充满，耗时1小时42分，充入能量约为18.98Wh。

将测试数据汇总成表格，可以看出电芯在三种恒压模式下进行充电测试，充电时间最短的为1C恒压充电，充电时间为1小时42分钟，充电时间最长的为0.2C恒压充电，充电时间为5小时12分钟。

将测试数据汇总成柱状图，充电测试中0.2C恒压充电充满耗时5小时12分钟，0.5C恒压充电充满耗时2小时36分钟，1C恒压充电充满耗时1小时42分钟，可以看到0.2C恒压充电耗费时长相对其他两组高出2-3个小时，其中0.5C恒压充给电池充入的能量最高为 19.26Wh。

放电测试

放电测试阶段将维持恒流状态，统计其总耗时及其放出的能量数值。

0.2C

绘制出折线图，可以看出，设置0.2C为 力神软包锂电池SP5758 恒流放电，放到截止电压，耗时约4小时58分，放出能量约为18.23Wh。

0.5C

绘制出折线图，可以看出，设置0.5C为 力神软包锂电池SP5758 恒流放电，放到截止电压，耗时约2小时55分，放出能量约为17.26Wh。

1C

绘制出折线图，可以看出，设置1C为 力神软包锂电池SP5758 恒流放电，放到截止电压，耗时约57分，放出能量约为16.58Wh。

将测试数据汇总成表格，可以看出电芯在三种恒流模式下进行放电测试差距，放电时间最短的为1C恒流放电，放电时间约为57分钟。放电时间最长的为0.2C恒流放电，放电时间约为4小时58分钟。

将测试数据汇总成柱状图，放电测试中整体放电能量在 16.58-18.23Wh之间；其中放电能量最高的是0.2C恒流放电档位，放电能量达到18.23Wh，超过了额定容量；放电能量最低的是1C恒流放电档位，放电能量为16.58Wh。

将测试数据汇总成柱状图，放电测试中0.2C恒流放电耗时约4小时58分钟，0.5C恒流放电耗时约2小时55分，1C恒流放电耗时约57分钟。

充电头网总结

这款充电宝搭载的力神软包锂电池SP5758 为双层组合设计，它拥有 18.5Wh 能量，同时，力神软包锂电池SP5758 拥有更好的安全性、密封性，且软包的重量轻盈，体现在成品级产品上，能够达到更快的充电、更轻的重量，提升出行便捷性；因此，品牌厂商可根据成品容量设计，对力神软包锂电池进行自由组合，制造出多种主流消费级容量成品。

此外，力神软包锂电池SP5758 在0.2C、0.5C及1C倍率下进行充放电测试中，电压电流较为稳定且转换效率较高，在使用寿命周期方面也更为持久；力神电池将坚定为品牌厂商提供高品质多样化电池的方针，一同创造价值。

锂离子电池正、负极片的膨胀分解与对比

锂离子电池在充放电过程中会由于脱嵌锂而发生结构膨胀或收缩。在对锂离子电池充电时，负极侧发生的是插层嵌锂（例如石墨负极、硬碳负极等）或合金化嵌锂（例如硅基负极、锂金属负极等）的过程，因此负极材料一般会随着嵌锂深度的增加而发生明显的体积膨胀，例如石墨负极一般会产生10~15%的体积膨胀，而硅基负极最大可产生300%的体积膨胀。然而，对于锂电正极材料而言，其在充电过程中发生的是脱锂过程，那么其结构是否会随着脱锂深度的增加而发生收缩呢？答应却是“否”。有文献研究表明，NCM或LCO正极材料在充电脱锂过程中也会发生结构膨胀，这是由于锂离子的脱出会增加正极材料微观晶体结构c轴方向的层间库仑斥力，从而导致宏观上的结构膨胀[1,2]。

通常人们总是以全电池为主体来研究电池在充放电过程中的体积变化，虽然该方法操作简便，但是结果却只能反映出正、负极的整体膨胀情况，无法进一步对正、负极的膨胀进行解耦，并对比分析正、负极材料对全电池总体膨胀行为的贡献比例，也无法回答上述对正极材料膨胀行为的疑问。

那我们是否可以借助半电池的形式来解耦正、负极的膨胀占比呢？由于锂片在脱嵌锂的过程中会产生极大的体积膨胀[3]，因此传统的半电池组装方式仍无法有效分解正、负极的膨胀行为。基于此，元能科技（厦门）有限公司采用特殊的结构设计与加工工艺，隔绝半电池中锂片的膨胀干扰，从而有效地对正、负极片的膨胀进行解耦与分析！

1.1 测试设备：

正、负极半电池的原位充放电膨胀测试采用的是元能科技自制的单极片膨胀测试模具 ，而扣式全电池的膨胀测试则采用了元能科技自制的模型扣电模具，二者的结构示意图分别如图1（c）、（b）所示。而二者不同嵌锂态下的膨胀厚度变化则是通过搭载高精度厚度传感器的硅基负极膨胀原位快筛系统（RSS1400, IEST）进行实时记录的，如图1（a）所示。

图1.硅基负极膨胀原位快筛系统（RSS1400, IEST）及测试扣式全电池（b）和扣式半电池（c）体积膨胀的相应模具。

1.2 原位测试流程：

①正极选取NCM523材料，负极选取SiC材料，先在元能科技自制的模型扣电（如图1（b）所示）内组装成扣式全电池，并在5kg预紧力的条件下以01C的倍率进行充放电，同时原位记录扣式全电池的膨胀曲线；

②再在单极片膨胀测试模具（如图1（c）所示）内分别组装NCM523正极和SiC负极的扣式半电池，并在5kg预紧力的条件下以01C的倍率进行充放电，同时原位记录正极或负极极片的厚度膨胀变化曲线。

2.结果分析

表1展示了扣式半电池和扣式全电池循环两圈的充放电容量及效率，可以看出正负极半电池的效率相对商用2032扣电要稍低一些，这是由于单极片膨胀模具使用特殊的治具结构与专用陶瓷隔膜导致的。由于充放电容量与相应的厚度膨胀大小是正相关的，而正负极半电池的容量发挥与全电池不一致，因此如果想将三者的膨胀行为进行对比，需对其进行容量归一化处理，即比较三者单位充放电容量所产生的厚度膨胀大小。

图2展示了三颗扣电第二圈的充放电曲线，我们根据三者各自的容量发挥情况进行了归一化处理，其中全电池（NCM523 // SiC）和正极半电池（NCM523 // Li）的充放电区间均为3~4.25V，而负极半电池（SiC // Li）的充放电区间则为0.005~2V。图3展示了三颗电池第二圈充放电过程中的膨胀厚度变化。从中可以看出，全电池充放电过程中的厚度膨胀主要来自于负极侧，且占比大于80%，而正极侧的体积膨胀仅占不到10%的比重，这与其他文献中的测试结果是相一致的[4,5]。此外，据相关资料可知，目前主流的的正极材料的体积膨胀大致为[4,5]：LFP-6.5%，LCO-1.9%，LMO-7.3%，NCM-6.5%（取决于Ni含量），NCA-6%。

表1.正、负极扣式半电池和扣式全电池循环两圈的充放电容量及效率对比

图2.正、负极扣式半电池和扣式全电池第二圈充放电的电压随时间的变化曲线。为了方便三者对比，根据容量发挥情况进行了归一化处理。

图3.正、负极扣式半电池和扣式全电池第二圈充放电的单位容量膨胀量随时间的变化曲线。为了方便三者对比，根据容量发挥情况进行了归一化处理。

3.总结

本文使用元能科技（厦门）有限公司研发的单极片膨胀测试模具 对锂离子电池正、负极片的膨胀行为进行分解与对比。由于该模具使用特殊的结构设计与专用陶瓷隔膜，其充放电效率相比商用2032扣电会稍低一些，但从膨胀测试结果中仍可看出，扣式全电池的厚度膨胀主要来自于负极侧，且占比大于80%，而正极侧的体积膨胀仅占不到10%的比重，这与其他文献中的测试结果是相一致的[4,5]。该结果有助于科研人员对比分析正负极材料对全电池体积膨胀的贡献占比，从而更有针对性地进行材料优化改性，加速高容量、低膨胀材料的开发！

4.参考资料

[1] F.B. Spingler, S. Kucher, R. Phillips, E. Moyassari and A. Jossen, Electrochemically Stable In Situ Dilatometry of NCM, NCA and Graphite Electrodes for Lithium-ion Cells Compared to XRD Measurements. J. Electrochem. Soc. 168 (2021) 040515.

[2] B. Rieger, S. Schlueter, S.V. Erhard and A. Jossen, Strain Propagation in Lithium-ion Batteries from the Crystal Structure to the Electrode Level. J. Electrochem. Soc. 163 (2016) A1595-A1606.

[3] C. Luo, H. Hu, T. Zhang, S.J. Wen, R. Wang, Y.N. An, S.S. Chi, J. Wang, C.Y. Wang, J. Chang, Z.J. Zheng and Y.H. Deng, Roll-to-Roll Fabrication of Zero-Volume-Expansion Lithium-Composite Anodes to Realize High-Energy-Density Flexible and Stable Lithium-Metal Batteries. Adv. Mater. 34 (2022) 2205677.

[4] R. Koerver, W.B. Zhang, L. Biasi, S. Schweidler, A.O. Kondrakov, S. Kolling, T. Brezesinski, P. Hartmann, W.G. Zeier and J. Janek, Chemo-mechanical expansion of lithium electrode materials - on the route to mechanically optimized all-solid-state batteries. Energy Environ. Sci. 11 (2018) 2142-2158.

[5] Y. Koyama, T.E. Chin, U. Rhyner, R.K. Holman, S.R. Hall and Y.M. Chiang, Harnessing the Actuation Potential of Solid-State Intercalation Compounds. Adv. Funct. Mater. 16 (2006) 492-498.

来源：中矿锂电

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