收藏本站
《上海交通大学》 2014年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Li_4Ti_5O_(12)基锂离子动力电池的高温胀气行为研究

吴凯  
【摘要】:电动汽车与大规模储能等战略新兴产业的大力发展,迫切需要开发高功率、高安全以及长寿命的动力锂离子电池。相比其它负极而言,Li4Ti5O12(LTO)被称为“零应变材料”,具有高安全性、长寿命及快速充放电等特性。因而,以LTO为负极的锂动力电池在电动汽车以及要求高安全性、高稳定性和长寿命周期的应用领域具有独特的优势。目前,阻碍LTO基锂动力电池商业化的最主要障碍就是在高温应用条件下的胀气问题。针对该问题,本论文采用纳米LTO为负极,镍钴锰三元材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2, NCM)为正极,制备LTO/NCM软包装电池,对其电化学性能、产气行为、产气的原因进行了分析,最后对LTO电池高温胀气问题的解决方案进行了初步的探讨。主要研究结果如下: 1、制作了5.5Ah的HEV用高功率LTO/NCM软包电池并对其电化学性能进行评价。结果表明,在室温下电池表现出高功率、长寿命、快充快放等优异的电化学性能以及安全性能,可以给出约2500W kg-1的峰值放电功率,20C高倍率充电和放电容量分别可以达到1C容量的92%和94%;循环寿命超长,在10C/10C的高倍率充放电条件下,循环5000次后容量保持高于89%。但是,在高温下,LTO电池由于存在严重的胀气现象,电池界面被严重破坏,电池在循环过程中容量衰减非常快。研究发现H2是LTO电池高温贮存所产气体中的主要成分。 2、采用EIS研究了LTO电极在不同电位下首次嵌脱锂过程中的电化学行为。结果表明,电池在首次嵌锂过程中,按频率由高至低阻抗谱呈现三个半圆/圆弧及一条斜线,应分别归因于肖特基接触、材料电子特性、电荷传递及固态扩散过程。电池在首次脱锂过程中,发现一个重要现象,即电化学阻抗谱的低频弧分裂出两个相邻的半圆弧,这可能是由于LTO电池的胀气所造成。另外,通过等效电路模拟EIS详细分析了LTO电极在首次嵌脱锂过程中的动力学参数。在上述研究结果的基础上,提出了一个锂离子在LTO电极中传输的嵌入脱出的新模型,此模型能够更好地解释LTO电极中锂离子的嵌入脱出机理。该结果也一定程度上说明了LTO电池的胀气现象是一种必然的电化学行为。 3、系统研究了80℃/120小时高温加速试验条件下,LTO/NCM电池产气的可能原因和关键因素。研究表明,未化成的LTO/NCM电池在高温下储存基本不胀气。说明与水分含量相关的化学催化反应对电池胀气贡献较小,在高温贮存试验后水分对胀气的贡献率只有15%;相比之下,经过化成然后重新密封的LTO电池在不同荷电状态下体积膨胀均在97%左右。说明LTO电池胀气与电池的荷电状态关系不大。进一步研究发现LTO电池高温胀气的主要原因是由于在LTO表面不能有效形成SEI膜,致使碳酸酯类溶剂与LTO电极表面直接接触,从而发生还原分解反应所致。分析得知碳酸酯溶剂结构不同,其经历的分解路径也有所不同。最后给出了两类典型的碳酸酯溶剂环状碳酸酯和链状碳酸酯的分解机理。 4、在对LTO电池的高温胀气行为,胀气原因分析研究的基础上,从电解液配方、导电剂选择、LTO颗粒尺寸控制以及化成工艺等方面着手对LTO电池胀气问题的解决方案进行了初步的探讨。在电解液方面,添加一定量的四甘醇-二甲醚(TEGDME)之后,电池胀气得到明显改善,电池的体积膨胀从未加入TEGDME的53%下降到17%~32%之间。在导电剂选择方面,发现用石墨化的导电碳KS-6替换无定形的Super-P能够明显降低LTO/NCM电池的胀气。在LTO材料方面,发现材料的比表面积对LTO电池产气有比较大的影响,降低比表面积有利于减小电池高温存储时的膨胀量。在化成制度方面,发现在85℃条件下,2.8V恒压化成8小时是最佳条件。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM912

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田从学,侯隽,李海,张昭;尖晶石型LiCo_(0.05)Ni_(0.05)Mn_(1.9)O_(3.9)F_(0.1)的合成与表征[J];稀有金属材料与工程;2005年11期
2 刘宇,解晶莹,杨军,王可,王保峰;锂离子电池中SnCu_x/CMS复合材料的制备[J];电化学;2003年01期
3 吴国涛,王春生,齐仲甫,李文铸;巴基管嵌锂电极性能的研究[J];电化学;1998年03期
4 陈立宝;谢晓华;王可;解晶莹;;碳包覆硅/碳复合材料的制备与性能研究[J];电源技术;2007年01期
5 王洪波;周艳红;陶占良;陈军;;锂离子电池硅基负极材料研究进展[J];电源技术;2009年11期
6 何见超;赵海雷;贾喜娣;王梦微;陈敬波;;锂离子电池Sn-Co合金负极材料的研究进展[J];化工学报;2009年05期
7 杨立;陈继章;唐宇峰;房少华;;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)[J];化学进展;2011年Z1期
8 林晓静,李淑华,何泽珍,唐毅,刘兴泉;锂离子电池正极材料层状氧化锰锂的研究进展[J];化工科技;2003年06期
9 唐爱东;黄可龙;;合成温度对六方Li-Ni-Co-Mn-O固溶体结构和性能的影响[J];金属学报;2005年12期
10 宋怀河,沈曾民;添加炭黑对催化裂化渣油中间相沥青炭微球制备的影响[J];石油学报(石油加工);1999年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘灵芝;;基于ADVISOR的电动汽车性能仿真研究[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2006年03期
2 肖平;;混合动力电动汽车的建模与仿真研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2009年03期
3 徐小东;张炳力;;混合动力技术与未来汽车的发展[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年03期
4 韩利;温旭辉;曾莉莉;;混合动力电动汽车用电机及驱动控制器的电磁兼容设计[J];安全与电磁兼容;2006年01期
5 赵国燕;郭金福;卢印;;Cs_3(HSO_4)_2(H_2PO_4)的制备及其导电性研究[J];安阳师范学院学报;2011年02期
6 李凌杰;于生海;雷惊雷;何建新;王敬丰;潘复生;;NaCl介质中AZ31镁合金的动态电化学腐蚀行为研究[J];兵器材料科学与工程;2008年06期
7 何士娟,张承宁,彭连云,孙逢春,谭建;水平铅酸电池的实验研究与性能分析[J];车辆与动力技术;2003年04期
8 何洪文,祝嘉光,李剑;混合动力电动汽车技术发展与现状[J];车辆与动力技术;2004年02期
9 李巍,张承宁;电驱动车辆双电机协调控制研究[J];车辆与动力技术;2005年02期
10 魏跃远,林逸,林程,王震坡,何洪文;车用锂离子电池充放电性能及应用研究[J];车辆与动力技术;2005年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张炳力;赵韩;;贯彻“汽车新政”加快安徽电动汽车工业的发展[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 谢添卉;李武峰;柏德胜;崔宇;罗小英;;GIS在电动汽车充换电设施建设运行中的应用[A];第十四届中国科协年会第19分会场:电动汽车充放电技术研讨会论文集[C];2012年
3 安强;;神经网络BP PID在电动车能量回收技术中的运用[A];“2011西部汽车产业·学术论坛”暨四川省汽车工程学会四届第九次学术年会论文集[C];2011年
4 高志明;文丽娟;;阴极保护电位对Q235钢氢脆敏感性和力学性能的影响[A];中国腐蚀电化学及测试方法专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年
5 刘洋洋;高志明;王震;;阴极保护对Q235钢空泡腐蚀行为影响的研究[A];中国腐蚀电化学及测试方法专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年
6 裴琨;;机动车尾气污染与新能源汽车[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2011年
7 刘子豪;;电动汽车上电机的选用[A];第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集(下)[C];2011年
8 张云;张承慧;;ADVISOR仿真软件及其在电动汽车仿真中的应用[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
9 薛玉春;薛震;张义民;;基于前驱动桥的电动汽车耦合振动研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
10 薛杭燕;吴燕翔;郑辉东;;交流阻抗法表征膜液流失研究[A];第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 常雪婷;海洋优势菌种附着腐蚀Fe_3Al及其复合材料界面与机理研究[D];中国海洋大学;2010年
2 王洪芬;涉海抗菌耐蚀性TiO_2复合薄膜的制备及其性能研究[D];中国海洋大学;2010年
3 王爱萍;改性纳米二氧化钛薄膜制备及其在模拟海水中光生阴极保护性能研究[D];中国海洋大学;2010年
4 尹安东;基于混合系统理论的混合动力客车控制策略和参数优化研究[D];合肥工业大学;2010年
5 庞珽;混合动力汽车双机械端口电机及其控制系统研究[D];华中科技大学;2010年
6 陈平录;气动燃油混合动力车混合效能分析及其电控气动发动机的研究[D];浙江大学;2010年
7 刘春侠;锗在锌电积中的行为及添加剂作用的研究[D];昆明理工大学;2008年
8 张启波;咪唑基离子液体在锌电沉积中的作用机理研究[D];昆明理工大学;2010年
9 蒋雪松;用于有机磷农药残留检测的免疫生物传感器的研究[D];浙江大学;2008年
10 黄君冉;用于农药残留检测的压电免疫生物传感器的研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 余熠;基于SOC估计算法的电动汽车充电器设计[D];安徽工程大学;2010年
2 庞宇;纳米TiO_2的表面改性及其对聚氨酯涂层耐蚀性能的影响[D];南昌航空大学;2010年
3 徐珊;奥氏体不锈钢点蚀行为的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 李新义;红壤土壤腐蚀直接、连续监测技术的研究[D];南昌航空大学;2010年
5 梁静;钛合金精密腐蚀加工工艺及机理研究[D];南昌航空大学;2010年
6 任振伟;高压扭转工艺对生物镁锌钙合金组织及性能的影响[D];郑州大学;2010年
7 张颖君;聚苯胺对镁合金环氧防护涂层耐蚀性能的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 丛园;缝隙和静水压力环境对316L不锈钢腐蚀行为的影响[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 李瑞;三电极电化学传感器等效电路模型的研究[D];大连理工大学;2010年
10 杨崔;混合动力电动汽车电机驱动控制研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 康晓红;江红;;导电剂对锂离子电池负极材料钛酸锂电化学性能的影响[J];北京交通大学学报;2010年03期
2 郑洪河,徐仲榆;影响LiMn_2O_4正极材料容量衰退的主要因素[J];电池;2001年03期
3 江宏宏;黄令;周顺维;柯福生;杨防祖;樊小勇;孙世刚;;锡钴合金电沉积层的结构与锂离子嵌脱行为[J];电化学;2006年02期
4 李群,卢世刚,邱向东,李玉增;阴极材料正尖晶石LiMn_2O_4制备方法研究现状[J];电源技术;1999年05期
5 翟秀静,翟玉春,田彦文;添加P_2O_5的锂离子蓄电池材料LiNiO_2研究[J];电源技术;2000年03期
6 文钟晟,王可,解晶莹,杨军;锂离子蓄电池高容量含硅负极材料研究进展[J];电源技术;2004年11期
7 陈立宝;谢晓华;王可;解晶莹;;碳包覆硅/碳复合材料的制备与性能研究[J];电源技术;2007年01期
8 张标;杜鸿达;李宝华;康飞宇;;不同维度炭材料对Li_4Ti_5O_(12)/C阳极电化学性能的影响[J];电源技术;2010年03期
9 陈京才;崔燕;夏信德;童叶翔;;石墨-钛酸锂复合阳极材料的制备及性能[J];电源技术;2010年06期
10 张敬君;夏永姚;;Co-Sn合金作为锂离子电池负极材料的研究[J];高等学校化学学报;2006年10期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 司宏君;李宁;;以Li_4Ti_5O_(12)作负极的聚合物锂离子电池的性能[J];电源技术;2009年06期
2 赵尧敏;刘国群;江志裕;;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的制备及电化学性能[J];稀有金属材料与工程;2009年06期
3 葛昊;李宁;黎德育;;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究进展[J];稀有金属材料与工程;2007年S3期
4 王辰云;华宁;康雪雅;韩英;;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究进展[J];电子元件与材料;2009年12期
5 樊勇利;李文升;;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究概况(Ⅰ)[J];电源技术;2011年01期
6 杨立;陈继章;唐宇峰;房少华;;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)[J];化学进展;2011年Z1期
7 高剑;姜长印;应皆荣;万春荣;;锂离子电池负极材料球形Li_4Ti_5O_(12)的合成及性能研究[J];无机材料学报;2007年01期
8 贺慧;程璇;张颖;;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的结构和性能[J];材料研究学报;2007年01期
9 梁科;朱聪;熊杰;秦文峰;;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的改性研究进展[J];电子元件与材料;2013年01期
10 邱文顺;李运姣;习小明;陈盼盼;;软化学法合成锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究进展[J];材料导报;2009年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 唐仁衡;王英;肖方明;彭能;卢其云;;新型锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究进展[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
2 王辰云;华宁;康雪雅;韩英;;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的制备[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
3 王英;唐仁衡;肖方明;肖志平;;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的制备工艺研究[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年
4 刘力;陈方;侯敏;邓正华;王国庆;华黎;;尖晶石钛酸锂Li_4Ti_5O_(12)的制备与性能研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集稀土专辑[C];2004年
5 崔巍;胡俊华;唐致远;;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)烧结时间选择[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
6 刘力;陈方;侯敏;邓正华;王国庆;华黎;;尖晶石钛酸锂Li_4Ti_5O_(12)的制备与性能研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
7 李洪森;申来法;王杰;王晓燕;张校刚;;高性能锂离子电池负极材料含氮的碳包覆的Li_4Ti_5O_(12)的制备与表征[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
8 黄友元;万旺;陈继涛;周恒辉;张新祥;;合成方法对Li_4Ti_5O_(12)材料电化学性能的影响[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
9 周晓玲;黄瑞安;吴肇聪;杨斌;戴永年;;溶胶-凝胶法合成Li_4Ti_5O_(12)锂离子电池负极材料及其电化学性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
10 何则强;熊利芝;吴显明;陈上;刘文萍;黄可龙;;原位聚合法制备锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)-PAn及其电化学性质[A];2008年全国湿法冶金学术会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 吴凯;Li_4Ti_5O_(12)基锂离子动力电池的高温胀气行为研究[D];上海交通大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周怡静;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的制备及性能研究[D];中南大学;2012年
2 钟志勇;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的第一性原理研究[D];江西师范大学;2009年
3 金江敏;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的制备与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
4 李劼;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12-x)/C的制备及性能表征[D];广西大学;2013年
5 赵亚飞;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的制备及性能研究[D];太原理工大学;2012年
6 郭桢;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的合成与改性研究[D];山东科技大学;2011年
7 李洪森;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的改性制备及其电化学性质[D];南京航空航天大学;2013年
8 刘东强;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的合成研究[D];四川大学;2004年
9 赵文莉;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的研究[D];重庆大学;2012年
10 张杨;高性能锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的制备与改性研究[D];合肥工业大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026