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《厦门大学》 2003年
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影响锂离子电池阴极行为诸因素的研究

金明钢  
【摘要】:在锂离子电池中,阴极是一个控制性能的关键电极。阴极在很大的程度上控制电池的充放电性能,阴极的放电电位控制着电池的放电平台;电池在不同温度的阻抗主要来自于阴极阻抗的贡献;在电池充放电循环过程中性能的衰退主要由于电化学反应阻抗的增加所致,而反应阻抗增加又主要由阴极的反应阻抗增大所贡献。迄今为止大量的研究集中在以半电池为对象的单电极行为,对实际电池体系的阴极行为研究较少,相关的工艺基础研究也不多,而对实际电池体系阴极行为的研究更具有必要性和实用性。 本文在对锂离子电池、特别是聚合物锂离子电池的性能及工艺技术进展进行评述、对锂离子电池不同阴极材料的产业化可行进行了对比分析的同时,对锂离子电池工艺、电化学参数、电池性能三者之间的关系进行了讨论;采用多种物理、化学及电化学分析测试手段,对实际锂离子电池体系中影响锂离子电池阴极行为的诸多因素进行了研究。 稳定的工艺平台对研究工艺与电化学参数及电池性能至关重要。在回顾了国内外锂离子电池工艺及设备进展的基础上,针对实际锂离子电池体系阴极行为研究,建立了具有中试生产能力的锂离子电池制备及测试工艺平台,可批量获得稳定可靠的实际电池体系的性能参数,为工艺基础研究提供了保证。 提出了几种较实用的锂离子电池阴极材料的评价方法。对比测定了多个不同钴酸锂样品,比较了它们的常用理化参数、SEM形貌及粒度分布与电化学性能的关系。根据相关测试结果,我们提出在选择阴极材料时,除要求材料的比容量外,应重视材料的微结构和形态对电池性能的影响。 锂离子电池的阴极是复杂的固体粉末多孔电极,在电极内部有宏孔通道和微孔通道,这些通道影响阴极的阻抗等电化学参数,并最终对锂离子电池的宏观性能有着显著的影响。除了材料本身的性能会影响锂离子电池阴极行为外,电极的制备工艺参数也会对阴极行为产生影响。在考察了材料预处理温度 厦门大学博士学位论文影响铿离子电池阴极行为诸因素的研究 和不同的搅拌加料顺序制备阴极浆料对电池阴极行为的影响后,我们发现高温 下预处理的阴极材料,粒度适中,晶体结构稳定,和其它材料相容性好,其制 备的阴极结构稳定,所制备的电池的循环性能较好;采用均匀缓慢加料所制得 的阴极活性高,电化学反应阻抗小,其电池充放电性能较优,循环性能好。在 制备电极浆料时,应实现良好的分散,避免电极粉的“包团”或“包浆”现象。 针对导电剂的影响实验结果表明,较为理想的电极中导电剂均匀分布在 各部分,既使阴极活性材料得以充分利用,又能保持合适的电极密度,界面电 化学反应阻抗小且稳定,电池具有较好的IC放电性能和充放电循环性能。实 验中我们草现,.恻量阴极阻球的寒孪卓可作为确定电极中导电剂含量的依据: 利用这一特性,得出了以阻抗曲线确定阴极配方中导电剂最佳含量的方法。 不同的热压复合温度和间隙对铿离子电池阴极性能的也有影响,主要表 现为阴极结构及其聚集状态的差异。我们提出以粘合剂的软化点至熔融峰值温 摩的中回塌摩作为热平塌摩的依据:家验结果拳现娜高和侗低的塌摩下琴理的 明姆,.摹结构粘结不皂李活性物质裤尽摩包覆,.电侈学寸孝面喊小,.电化学尽 摩阻球木;.在合适的攀压绿摩和回哼下,.孽熊保证阴极亨尽够的考邢通道和皂 好的结构攀定性:早熊保证电他辜雄电时有尽够的厚摩界面:电牌的‘性熊拉好。 在总结前面实验结果的基础上,从工艺技术角度提出了对提高铿离子电 池性能的一些看法。一般的电化学研究较少针对实际电池体系,另一方面,工 业试验也不太关心电化学参数,多采用试错性实验。从本文的研究结果来看, 研容平草参数的孪化与电侈学参举之回杀孚在电池研容中也士分熏摹:相养的 平草摹砂研容必雷给予东分的熏祖。总之,在进行铿离子电池应用研究时,我 们不能局限于单个因素的研究,而应立足于整个阴极的行为,乃至整个电池的 行为进行综合考虑。
【学位授予单位】:厦门大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TM912

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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