穆 浩，劉治鋼，汪 靜，朱立穎，喬學(xué)榮，陳 燕，石海平

（1. 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094； 2. 天津電源研究所，天津 300384）

0 引言

與人們熟知的鋰離子電池不同，鋰氟化碳電池是由金屬鋰作負(fù)極、氟化碳為正極的一次電池，具有放電電壓平穩(wěn)、自放電率低、貯存壽命長(zhǎng)、安全性好等特點(diǎn)。20 世紀(jì)70 年代，日本最早開發(fā)出鋰氟化碳電池，并成功應(yīng)用于民用領(lǐng)域；美國(guó)航空航天局（NASA）也提出利用氟化碳化合物作為鋰電池的電極活性材料，并開展了一系列工程實(shí)踐。

伴隨著鋰氟化碳電池的廣泛應(yīng)用，針對(duì)其放電特性、貯存特性、熱特性和安全性等的研究也逐步深入。Zhang 等通過(guò)試驗(yàn)研究了鋰氟化碳電池的放電特性及阻抗特性，揭示了鋰氟化碳電池初始放電電壓高而放電平臺(tái)電壓低的內(nèi)在機(jī)理，提出了有代表性的“核殼”結(jié)構(gòu)模型。劉雯等通過(guò)試驗(yàn)對(duì)鋰氟化碳電池放電過(guò)程的產(chǎn)熱機(jī)制開展研究，認(rèn)為極化熱是放電過(guò)程熱量的主要來(lái)源，并且隨著放電倍率的提高，電池的平均發(fā)熱功率也在增加。馬苓等利用電鏡掃描、拉曼光譜分析等手段研究了鋰氟化碳電池在25 ℃、40 ℃、55 ℃、70 ℃下貯存的電性能變化，發(fā)現(xiàn)電池的自放電行為會(huì)隨著貯存溫度的提升而加劇，電池的性能衰退速率與貯存溫度呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢(shì)。喬學(xué)榮等利用恒流過(guò)充、外短路、過(guò)放電和高溫放電等濫用試驗(yàn)考查鋰氟化碳電池的安全性，試驗(yàn)后電池沒有發(fā)生起火和爆炸，故此認(rèn)為鋰氟化碳電池的安全性較高。上述研究證明，鋰氟化碳電池放電平臺(tái)電壓穩(wěn)定，在常溫下具有較長(zhǎng)的貯存壽命，一定條件下的濫用不影響電池安全。雖然對(duì)鋰氟化碳電池的特性有了一定掌握，但是面向深空應(yīng)用條件的電池特性研究鮮有開展。

深空探測(cè)具有任務(wù)周期長(zhǎng)、任務(wù)復(fù)雜多變、環(huán)境條件不確定度高的特點(diǎn)，給鋰氟化碳電池的熱特性、貯存特性（尤其是高低溫長(zhǎng)時(shí)貯存能力）、安全性和空間環(huán)境適應(yīng)性帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。而結(jié)合深空探測(cè)任務(wù)的新特點(diǎn)，開展有針對(duì)性的電池特性分析和試驗(yàn)，是高效、合理應(yīng)用鋰氟化碳電池，避免因?yàn)E用而導(dǎo)致安全事故的前提和基礎(chǔ)。本文從火星探測(cè)任務(wù)需要出發(fā)，梳理提煉出鋰氟化碳電池與航天器在軌安全性密切相關(guān)的關(guān)鍵特性，通過(guò)開展一系列專項(xiàng)試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證鋰氟化碳電池對(duì)火星探測(cè)工況的適應(yīng)性，為鋰氟化碳電池在軌應(yīng)用提供支撐。

1 特性分析

本文以我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)中使用的鋰氟化碳電池為研究對(duì)象。該電池是由中國(guó)電子科技集團(tuán)第十八研究所研制的軟包電池，將44 只30 A·h單體電池通過(guò)4 并11 串的形式構(gòu)成電池組，為“天問一號(hào)”的著陸巡視器在進(jìn)入—下降—著陸（EDL）段提供能源保障，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要性能參數(shù)見表1。

圖1 我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)中使用的鋰氟化碳電池組Fig. 1 The Li/CFx pack used for first Mars exploration mission in China

表1 火星探測(cè)器用鋰氟化碳電池組主要性能參數(shù)Table 1 Main parameters of LiCFx battery pack for Mars missions

根據(jù)任務(wù)需要，鋰氟化碳電池需經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)10 個(gè)月的在軌長(zhǎng)期貯存后，在EDL 段為探測(cè)器提供電能。工作過(guò)程中電池放電時(shí)間長(zhǎng)，且部分時(shí)段大倍率放電（面臨0.5 C 長(zhǎng)時(shí)放電，并伴有1.1 C 脈沖放電工況）。待探測(cè)器著陸后至火星車激活前，鋰氟化碳電池須持續(xù)為整器提供電能直至全部耗盡。

為研究電池面向火星任務(wù)工況的適應(yīng)性，本文首先結(jié)合任務(wù)特點(diǎn)梳理出鋰氟化碳電池4 大關(guān)鍵特性，然后圍繞這些關(guān)鍵特性進(jìn)一步通過(guò)試驗(yàn)研究驗(yàn)證此類電池是否滿足任務(wù)需要。

1.1 熱特性

電池放電過(guò)程是產(chǎn)熱過(guò)程，熱量的主要來(lái)源包含電化學(xué)反應(yīng)熱、焦耳熱和極化熱。其中，電化學(xué)反應(yīng)熱與材料的熵?zé)嵯禂?shù)和放電電流有關(guān)，焦耳熱是電流流過(guò)電池歐姆內(nèi)阻時(shí)產(chǎn)生的熱量，極化熱是由電池極化內(nèi)阻產(chǎn)生的熱量。通過(guò)地面模擬EDL 工況開展鋰氟化碳電池放電試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)用于火星任務(wù)的鋰氟化碳電池在不同放電倍率下的溫升速率不同，二者呈正相關(guān)，如圖2 所示，說(shuō)明電池的熱特性對(duì)放電倍率敏感。若電池長(zhǎng)時(shí)間大倍率放電，而熱量又無(wú)法及時(shí)耗散，則易引發(fā)短時(shí)熱聚集，從而影響電池的安全使用。因此，需要開展鋰氟化碳電池在不同放電倍率下的發(fā)熱量試驗(yàn)，以明確不同放電倍率下的電池溫升速率和發(fā)熱量，從而限定鋰氟化碳電池的放電電流，以確保電池不因長(zhǎng)時(shí)間大電流放電而突破其使用溫度極限。

圖2 模擬EDL 工況統(tǒng)計(jì)單體電池放電電流與溫升速率的關(guān)系Fig. 2 The discharging current against the temperature rising rate for single cell in the EDL simulation test

1.2 貯存特性

鋰氟化碳電池的貯存特性受電池設(shè)計(jì)、工藝以及貯存環(huán)境等眾多因素的影響，其中，電池容量會(huì)隨著貯存溫度的升高而衰減，一般常溫貯存下的年均容量衰減＜2%；如在50 ℃高溫條件下長(zhǎng)時(shí)間貯存，電池內(nèi)部會(huì)明顯產(chǎn)氣，影響電池的放電性能。圖3 展示了鋰氟化碳單體電池在5 ℃（單體額定容量20 A·h）和50 ℃（單體額定容量25 A·h）下分別貯存3 年和3 個(gè)月的容量衰減情況。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，5 ℃條件下經(jīng)過(guò)3 年貯存，容量衰減2.24%；而在50 ℃條件下僅貯存3 個(gè)月，容量衰減已達(dá)5.21%。而鋰氟化碳電池在極端溫度下的貯存特性以及相應(yīng)的性能退化機(jī)理尚不明確，亟待開展相關(guān)試驗(yàn)探究電池對(duì)極端溫度貯存條件的適應(yīng)性，并重點(diǎn)分析貯存后的電池性能退化情況。

圖3 高低溫貯存前后單體電池放電曲線Fig. 3 Discharging curves of single Li/CFx cell before and after low/high temperature storage

1.3 安全性

過(guò)去針對(duì)鋰氟化碳電池的安全性已經(jīng)在地面開展了一些測(cè)試，驗(yàn)證了其在一定條件下的安全性。但是，這些試驗(yàn)并未考慮實(shí)際在軌應(yīng)用情況。例如，充電可能發(fā)生在鋰氟化碳電池與另外一組電池聯(lián)合工作的狀態(tài)下，使鋰氟化碳電池充電受2 組電池壓差影響，屬恒壓充電模式而非恒流充電；再如，過(guò)放電情況下需考慮單元電池中單體電池開路失效而導(dǎo)致其他單體過(guò)放電的故障場(chǎng)景，且負(fù)載變化應(yīng)為實(shí)際工況而非恒定負(fù)載，從而可以研究電池在低于正常電壓范圍時(shí)應(yīng)對(duì)大負(fù)載放電的安全性。

1.4 空間環(huán)境適應(yīng)性

空間環(huán)境因素是航天器產(chǎn)品在軌使用必須考慮的外部因素，也是鋰氟化碳電池航天應(yīng)用與地面應(yīng)用最大的不同。對(duì)于深空任務(wù)而言，更需要考慮長(zhǎng)期輻照累積對(duì)電池性能退化產(chǎn)生的影響。如果電池抗輻照能力不強(qiáng)，在一定輻照條件下性能退化顯著或者不穩(wěn)定，會(huì)嚴(yán)重限制其使用。因此，需要開展鋰氟化碳電池的抗輻照能力測(cè)試，對(duì)電池的空間適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)估。

2 專項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 發(fā)熱量試驗(yàn)

鋰氟化碳電池倍率特性較差，且電池特性對(duì)溫度，尤其是高溫較為敏感。因此，在研制過(guò)程中對(duì)初樣100 A·h 單元電池（由4 只25 A·h 電池單體并聯(lián)組成）的發(fā)熱量進(jìn)行專項(xiàng)測(cè)試。將同批次電池單體組成多組單元電池，放入等溫量熱儀中，分別開展10 A、20 A 以及50 A 的恒流放電試驗(yàn)，過(guò)程中密切監(jiān)測(cè)單元電池的電壓以及溫度變化。由于軟包電池表面積大，電池溫度隨測(cè)量位置不同有差異，故在單元電池上布置了5 個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別在各單體電池中心位置以及單元電池殼壁，取全部測(cè)點(diǎn)的平均溫度作為單元電池溫度。若電池溫度升高至70 ℃則需停止放電，待電池冷卻至室溫后再繼續(xù)放電，直至電池電壓降至2.0 V 結(jié)束試驗(yàn)。單元電池的發(fā)熱量可根據(jù)

計(jì)算，其中：mC為電池?zé)崛荩?jīng)測(cè)算為1242.1 J/K；Δ為累積溫升，K。表2 統(tǒng)計(jì)了不同放電倍率下單元電池的累積放電量、累積溫升、累積發(fā)熱量以及平均產(chǎn)熱率和溫升速率等。

表2 單元電池發(fā)熱量試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistical results of the heat release test of battery module

由表2 不難看出，隨著放電倍率的提高，單元電池的平均產(chǎn)熱率和溫升速率均在提升。0.5 C（50 A）恒流放電時(shí)，電池的溫升速率達(dá)到2.06 ℃/min，說(shuō)明0.5 C 的放電倍率對(duì)該電池而言已經(jīng)屬于大倍率放電，應(yīng)盡量縮短在此倍率下的工作時(shí)間。而累積溫升和發(fā)熱量隨放電倍率的提高而降低，這是由于倍率提升后放出的電量減少，試驗(yàn)更早結(jié)束，所以這2 個(gè)指標(biāo)與放電倍率負(fù)相關(guān)。此試驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)[6]的試驗(yàn)結(jié)果一致。圖4 統(tǒng)計(jì)了不同放電倍率下電池發(fā)熱量隨放電量的變化關(guān)系，從圖中可以看到，電池的發(fā)熱量與放電量正相關(guān)，且不同放電電流下的電池發(fā)熱量和放電量曲線的重合度較高，說(shuō)明這2 個(gè)指標(biāo)與放電電流的關(guān)系較小，由此可以判斷電池發(fā)熱量主要由反應(yīng)熱而非焦耳熱或者極化熱貢獻(xiàn)。

圖4 不同放電電流下電池發(fā)熱量和放電量變化關(guān)系Fig. 4 Heat generation vs. discharging capacity for different discharging rates

2.2 高、低溫貯存試驗(yàn)

1）低溫貯存試驗(yàn)

為了考驗(yàn)經(jīng)低溫貯存后鋰氟化碳電池的放電能力，開展極低溫度擱置試驗(yàn)：先將100%荷電狀態(tài)電池置于液氮罐中（最低溫度可達(dá)-160 ℃），然后逐漸升溫至室溫；隨后降溫至-160 ℃進(jìn)入下一個(gè)低溫環(huán)境擱置周期，不斷循環(huán)。在此期間，監(jiān)測(cè)電池電壓變化。圖5 展示了鋰氟化碳單元電池初始低溫貯存過(guò)程中的溫度和電壓變化。最開始，電池在室溫下以1 A 恒流放電，隨著溫度的降低，電池電壓快速下降；當(dāng)溫度降低至-100 ℃時(shí)電池電壓下降至下截止電壓2.0 V，說(shuō)明電池在這一過(guò)程中具有電性能。此時(shí)，斷開負(fù)載停止放電，將電池置于開路狀態(tài)，電池電壓有所回升；而隨著貯存溫度進(jìn)一步降低，當(dāng)單元電池表面溫度降至-105 ℃時(shí)，電池電壓再次降至2.0 V；當(dāng)單元電池溫度低于-150 ℃時(shí)，電池電壓接近0 V，表明電池已失去電性能。此后，隨著溫度的回升，電池的開路電壓也相應(yīng)上升，當(dāng)溫度回升至-20 ℃后，電池開路電壓也回歸至斷開負(fù)載前水平。在隨后的循環(huán)過(guò)程中，電池電壓同樣隨溫度波動(dòng)變化。

圖5 極低溫貯存—回溫過(guò)程中單元電池的溫度和電壓變化Fig. 5 Temperature and voltage variations of the Li/CFx module during the cycling process of extreme low temperature storage and rewarming

歷經(jīng)19 次循環(huán)后（-40 ℃以下貯存時(shí)間累積超過(guò)120 h），將上述單元電池置于室溫穩(wěn)定后以0.1 C 倍率放電至電池電壓2.0 V，累積放電量為107.42 A·h，累計(jì)發(fā)熱量為286.58 W·h，相較于未經(jīng)歷低溫?cái)R置的正常單元電池的109.9 A·h 和291.36 W·h，分別降低2.26%和1.64%，衰減程度很小?？梢姷蜏鼗蛘邩O低溫貯存對(duì)電池電性能的影響較小，這主要是由于低溫下電解質(zhì)活性降低，電池內(nèi)部各種反應(yīng)速率降低乃至停滯，對(duì)電池電極及電解液的性能不會(huì)構(gòu)成“質(zhì)變”影響，所以溫度回升后電池依舊可以放出足夠的電量和能量。

2）高溫貯存試驗(yàn)

高溫能夠加速電池內(nèi)部的各種反應(yīng)過(guò)程（包含副反應(yīng)），因此，研究高溫貯存下的電池特性變化對(duì)鋰氟化碳電池安全性評(píng)估和可靠使用至關(guān)重要。在電池研制過(guò)程中，重點(diǎn)開展了對(duì)正樣30 A·h 單體電池在55 ℃、60 ℃、65 ℃、70 ℃下的高溫貯存試驗(yàn)，密切觀測(cè)貯存前/后以及貯存過(guò)程中的電池電壓和內(nèi)阻變化。待貯存一定時(shí)間后，將單體電池按照0.1 C 恒流放電，統(tǒng)計(jì)其容量衰減率，以明確高溫貯存對(duì)電池性能的影響。表3 給出了不同高溫條件貯存前/后的電池性能對(duì)比以及貯存后的容量衰減情況。

表3 高溫貯存前/后電池性能對(duì)比及容量衰退情況Table 3 Features and capacity degradation of the battery before and after high temperature storage

結(jié)合對(duì)比1.2 節(jié)中電池在50 ℃條件下貯存3 個(gè)月后容量衰減5.21%的數(shù)據(jù)，55 ℃下貯存75 d電池就發(fā)生了3.71%的容量衰減，說(shuō)明55 ℃的貯存條件加速了電池性能衰退。另外，貯存溫度越高，電池容量衰減越快，70 ℃下短短32 d 的時(shí)間，電池內(nèi)阻就增長(zhǎng)了1 倍以上，容量衰減達(dá)9.42%，并且電池有鼓脹現(xiàn)象，說(shuō)明經(jīng)過(guò)高溫貯存后電池內(nèi)部發(fā)生副反應(yīng)，產(chǎn)生氣體，內(nèi)部壓力增大。內(nèi)阻增加和產(chǎn)氣鼓脹均為電池性能變劣的明顯標(biāo)志，因而實(shí)際使用時(shí)必須控制電池高溫貯存的溫度和時(shí)間。

2.3 過(guò)充/放電試驗(yàn)

1）過(guò)充電試驗(yàn)

為應(yīng)對(duì)不預(yù)期發(fā)生的充電情況，常溫下驗(yàn)證鋰氟化碳電池過(guò)充電的安全性，考慮以下2 種制度：

制度A——滿荷電狀態(tài)單體電池以3.3 V 恒壓持續(xù)充電8 h；

制度B——滿荷電狀態(tài)單體電池先按EDL 工況放電4.5 h，再以3.3 V 恒壓持續(xù)充電4.5 h。

圖6 展示了這2 項(xiàng)試驗(yàn)過(guò)程中單體電池電壓和充電電流的變化情況。表4 統(tǒng)計(jì)了過(guò)充電過(guò)程充入電池的電量以及試驗(yàn)后單體電池按照0.1 C 放電倍率恒流放電的情況。

圖6 過(guò)充電試驗(yàn)中單體電池的電壓和充電電流變化Fig. 6 Voltage and charging current variations of the Li/CFx cells during the over-charging tests

表4 過(guò)充電試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of the over-charging tests

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，滿電狀態(tài)下給鋰氟化碳電池恒壓充電，并未充進(jìn)電量，但是過(guò)充電對(duì)電池的放電容量產(chǎn)生了影響，8 h 的過(guò)充電即讓電池?fù)p失了接近4%的電量，說(shuō)明充電過(guò)程對(duì)負(fù)極金屬鋰產(chǎn)生影響，使可放電鋰離子的數(shù)量減少。經(jīng)過(guò)放電的電池在轉(zhuǎn)充電瞬間充電電流最高達(dá)到26.49 A，超過(guò)了1 C 的充電倍率，電池溫度也迅速上升；電池轉(zhuǎn)3.3 V 恒壓充電后，充電電流逐步減小，電池溫度隨即回落；至充電截止，累計(jì)充入量?jī)H6.77 A·h，說(shuō)明放電過(guò)程并不能完全逆向完成，充入的電量多半為游離態(tài)的鋰離子回流入負(fù)極而轉(zhuǎn)化成充電電量。過(guò)充電試驗(yàn)中單體電池未泄漏，無(wú)爆炸、著火等安全性事故，過(guò)充后電池依舊具有良好的放電能力，說(shuō)明短時(shí)的過(guò)充未對(duì)電池安全性產(chǎn)生本質(zhì)影響。電池在受控電壓（不超過(guò)3.3 V）下充電是安全的，但超過(guò)一定的電壓（電解液分解電壓）會(huì)導(dǎo)致電池產(chǎn)氣，帶來(lái)安全隱患。因此，實(shí)際使用中應(yīng)避免鋰氟化碳電池被過(guò)充電。

2）過(guò)放電試驗(yàn)

考慮單元電池中某節(jié)或多節(jié)單體發(fā)生開路失效故障時(shí)，其他單體電池存在過(guò)放電風(fēng)險(xiǎn)，需要驗(yàn)證鋰氟化碳電池過(guò)放電時(shí)的安全性，同時(shí)考查該種失效模式對(duì)電池組供電性能和安全性的影響。

在進(jìn)行過(guò)放電試驗(yàn)時(shí)，取2 只單元電池分別設(shè)置3 節(jié)、2 節(jié)和1 節(jié)單體開路失效，按照EDL 工況的負(fù)載功率變化進(jìn)行放電試驗(yàn)，考查單元電池從初始放電至-1.0 V 過(guò)放電過(guò)程中的電池電壓和溫度變化以及過(guò)放電后的形貌、內(nèi)阻變化。圖7 展示了3 只單元電池過(guò)放電試驗(yàn)過(guò)程中的電壓變化情況，圖中，“過(guò)放電-1”表示3 節(jié)單體開路后的單元電池，“過(guò)放電-2”表示2 節(jié)單體開路后的單元電池，“過(guò)放電-3”表示僅1 節(jié)單體開路后的單元電池?？梢钥吹剑? 節(jié)單體開路后，單元電池中僅1 節(jié)單體正常工作，難以維持整個(gè)EDL 段的電量需求，僅工作2.34 h 后電壓就降至2.0 V，繼而由2.0 V 快速降至-1.0 V；2 節(jié)單體開路后，另外2 節(jié)并聯(lián)單體聯(lián)合工作依舊不能完成EDL 段的供電任務(wù)；當(dāng)僅有1 節(jié)單體開路失效，另外3 節(jié)單體并聯(lián)能夠滿足EDL段的電量需求，且電池電壓低于2.0 V 時(shí)也能夠平均分配后續(xù)負(fù)載負(fù)荷，放電電壓曲線跌落趨緩。

圖7 鋰氟化碳單元電池過(guò)放電試驗(yàn)電壓變化（實(shí)線為電壓，虛線為溫度）Fig. 7 Voltage variation of the Li/CFx modules during the over-discharging tests (solid line for voltage, dotted line for temperature)

表5 統(tǒng)計(jì)了過(guò)放電試驗(yàn)中各單元電池不同電壓點(diǎn)的放電電量和能量以及放電過(guò)程的最高溫度?？梢钥吹?，“過(guò)放電-2 ”單元電池在放電過(guò)程中的最高溫度達(dá)到64.05 ℃，這是因?yàn)樵诜烹娺M(jìn)行至4.5 h時(shí)，電池電壓已低于1.5 V，而負(fù)載急劇升高，電池放電電流增大，電池極化內(nèi)阻顯著增大導(dǎo)致電池溫度升高。“過(guò)放電-3 ”過(guò)程中電池最高溫度出現(xiàn)在5 h處，此時(shí)電池電壓處于電池正常放電平臺(tái)2.5 V，電池抗大負(fù)載能力依舊較強(qiáng)，電池溫升明顯但沒有超過(guò)64 ℃。經(jīng)過(guò)過(guò)放電后，拆解單元電池發(fā)現(xiàn)其單體電池都有不同程度的鼓脹現(xiàn)象，單體電池內(nèi)阻較放電前均顯著增加，說(shuō)明過(guò)放電過(guò)程中電池內(nèi)部產(chǎn)氣，由于內(nèi)阻增加導(dǎo)致放電過(guò)程中電池溫度明顯升高。但隨著電池放電至0 V 甚至更低，電池本身已失去全部能量，因此電池未出現(xiàn)泄漏、爆炸、著火等情況，說(shuō)明該種程度的過(guò)放電不會(huì)誘發(fā)危害更大的安全性問題。

表5 過(guò)放電試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of the over-discharging tests

2.4 輻照試驗(yàn)

為驗(yàn)證鋰氟化碳電池對(duì)空間輻射環(huán)境的適應(yīng)性，開展不同劑量下的輻照試驗(yàn)對(duì)比輻照前/后電池電性能的變化，從而考查鋰氟化碳電池的抗輻照性能。本項(xiàng)目對(duì)電池抗輻照劑量的要求為10 krad(Si)，考慮設(shè)計(jì)余量，進(jìn)行最大劑量20 krad(Si)的輻照試驗(yàn)；并對(duì)元器件級(jí)的單體電池進(jìn)行累計(jì)50 krad(Si)的輻照試驗(yàn)，為后續(xù)工程應(yīng)用積累數(shù)據(jù)。

輻照源采用Co γ 源，試驗(yàn)過(guò)程中鋰氟化碳電池處于擱置狀態(tài)，輻照后在常溫下按照0.1 C 放電倍率放電檢查電池的電性能，表6 和表7 統(tǒng)計(jì)了輻照試驗(yàn)前/后電池的電性能參數(shù)變化及相應(yīng)變化率。

表6 輻照試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果Table 6 Results of irradiation tests of the battery cells and pack

表7 輻照試驗(yàn)前/后電池內(nèi)阻、容量和能量變化Table 7 Internal resistance, capacity and energy variations of the battery cells and pack after the irradiation tests

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，輻照后電池內(nèi)阻、容量以及能量均無(wú)明顯變化，說(shuō)明鋰氟化碳電池的抗輻照能力良好，這與NASA 的研究結(jié)果一致。

3 結(jié)論

為應(yīng)對(duì)深空應(yīng)用給鋰氟化碳電池帶來(lái)的新挑戰(zhàn)，本文從熱特性、貯存特性、安全性以及空間環(huán)境適應(yīng)性4 個(gè)角度對(duì)電池開展性能分析，并通過(guò)專項(xiàng)試驗(yàn)進(jìn)一步摸清鋰氟化碳電池的性能，得到如下結(jié)論：

1）鋰氟化碳電池的產(chǎn)熱率與放電倍率相關(guān)，但發(fā)熱量與放電倍率關(guān)系不大，使用時(shí)應(yīng)注意電池工作時(shí)間和放電倍率，過(guò)長(zhǎng)的工作時(shí)間和大倍率放電都會(huì)使得電池溫度持續(xù)上升；

2）低溫貯存對(duì)電池的特性無(wú)明顯影響，但溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致電池失去電性能而不能放電，回歸常溫后電性能恢復(fù)；鋰氟化碳電池對(duì)高溫敏感，高于65 ℃貯存將使電池性能顯著衰退；

3）短時(shí)過(guò)充電不會(huì)對(duì)電池安全性產(chǎn)生根本影響，電池過(guò)放電會(huì)導(dǎo)致其溫度升高、內(nèi)阻增大、產(chǎn)氣鼓脹，但不會(huì)引發(fā)爆炸、著火等危害大的事件，需要關(guān)注過(guò)放電期間因電流增大導(dǎo)致電池溫升速率加快的問題；

4）鋰氟化碳電池的抗輻照性能較好，適宜深空探測(cè)應(yīng)用。

未來(lái)，隨著鋰氟化碳電池綜合性能的進(jìn)一步提升，在空間領(lǐng)域尤其是深空探測(cè)和載人航天領(lǐng)域，鋰氟化碳電池將發(fā)揮更高的應(yīng)用價(jià)值。