收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

锂离子动力电池的制作与性能研究

刘云建  
【摘要】: 本文在综合评述了锂离子动力电池的研究现状的基础上,系统地研究了锰酸锂和磷酸铁锂电池动力电池的制作与性能,通过对锂离子电池正极、负极和电解液等关键材料进行表征和分析,研究和改进锰酸锂电池的电化学性能、储存性能和安全性能及机理,研究了磷酸铁锂电池的制作和性能及作用机理。 系统地比较研究了几种不同LiMn_2O_4、负极和电解液样品的结构与性能。最后选取了合适的LiMn_2O_4,石墨以及电解液作为锰酸锂电池的关键材料。 电极容量比分别为1.33、1.19和1.08的锰酸锂电池中LiMn_2O_4放电比容量分别为101,105和107mAh/g。170次循环容量保持率分别为87.3,85.4和84.1%。在电池正极组分中添加2%的Li_2CO_3,MgO和LiF,LiMn_2O_4的放电比容量分别为106.1,107.2和107.5mAh/g。100次循环容量保持率分别为90.8、91.8和93%。LiF的含量为2%时效果最佳。当正极极片面密度为2.5 g/dm~2,导电剂含量为3%时,20C放电容量为1C放电容量的94.1%。1C充5C放100次循环容量保持率为92%。配置EC:EMC:E=2:7:1,lmol/L LiPF_6的低温功能电解液,研究发现在-40℃下,以0.2和1C放电,分别放出常温容量的81.1和63.4%。 锰酸锂电池半荷电储存一个月后容量恢复率为96.3%,100次循环容量保持率达到94.1%。通过XRD、SEM、TEM和XPS研究表明,储存后MnO_2、R-CO_3Li、Li_2CO_3、LiF和Li_xPF_y等共同组成正极表面钝化膜,LiMn_2O_4晶格发生氧缺陷现象。储存前后LiMn_2O_4电极峰电流分别为0.55和0.36mA,电极和电解液界面的吸附双电层阻抗分别为20.28和53.3 1Ω。LiMn_2O_4的交换电流密度为0.69和1.01mA/cm~2。负极SEI膜增厚并变致密,阻抗由183.1增大到310Ω。储存后电解液中LiPF_6发生了一定程度的分解,溶剂被氧化生成小分子物质。 电极表面极化、正极材料中Mn溶解以及氧缺陷、SEI膜增厚所消耗的活性锂、电解液的分解和氧化是导致储存后锰酸锂电池储存后容量衰减的主要原因。 高温储存研究发现锰酸锂电池在第一天内容量损失最大,此后每天损失的容量逐步减少。锰酸锂电池的循环稳定性的改善程度随着储存时间的延长而增加。随着储存时间的增加,正极表面钝化膜不断增厚,LiMn_2O_4晶格不断发生收缩并变稳定,颗粒/电解液界面积减小,电极氧化性减弱,从而导致容量衰减变慢。 放电态和满电态下储存锰酸锂电池容量恢复率分别为99.2%和93.5%。满电态下储存的锰酸锂电池循环稳定性改善最大。荷电态对储存后容量衰减的影响主要是由Mn溶解量的不同以及储存后正极表面极化不同而引起的。随着荷电态的增加,Mn~(4+)可能先被还原成Mn~(3+),进而发生歧化反应生成Mn~(2+),从而导致容量衰减增大。正极表面钝化膜将LiMn_2O_4材料与电解液分隔开;LiMn_2O_4的晶格收缩,稳定性增强;负极SEI不断地增厚和变致密可能是储存后锰酸锂电池的循环稳定性改善的原因。 在锰酸锂正极中添加LiF,半荷电储存后电池的容量恢复率从96.3%提高到98%。研究表明LiF能够有效地抑制Mn的溶解并且降低储存后正极表面的阻抗。 锰酸锂电池(347080-16Ah)在热冲击、穿刺、短路安全测试下未爆炸。3C/10V过充测试电池发生爆炸,电池表面最高温度达到290℃。爆炸后粉末的主要成分为C、MnO和Li_2CO_3。当电压达到5.0V,正极材料表面出现了大量的裂缝。裂缝的出现导致过充后期电压和温度急剧上升直至爆炸。采用Al_2O_3包覆的LiMn_2O_4制作锰酸锂电池,经过3C/10V过充后不爆炸、不起火。 研究比较了3种不同LiFePO_4的结构与性能。研究了碳纳米管(CNT)对磷酸铁锂电池性能的影响。添加CNT后,1C/0.1C的放电比容量比值由原来的92.1提高到96.3%,0.1C的放电容量都为124mAh/g;磷酸铁锂电极的电荷反应阻抗由173.1Ω减小为36.88Ω,极化减小,电池200次循环容量保持率由原来的93.7提高到96.6%。采用PVDF和LA133为粘结剂的LiFePO_4的1/3C放电比容量分别为124和120mAh/g。200次循环容量保持率分别为96.3%和93.2%。采用两种LiFePO_4复配体系,制作347080磷酸铁锂动力电池。10C/1C的放电容量比值为95.9%,3C充电10C放40次循环容量保持率为96.9%。磷酸铁锂电池在热冲击、过充、穿刺、短路等滥用条件下均未发生爆炸起火现象。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陈新传;宋强;吕昊;;国内外锂离子动力电池发展概况及启示[J];船电技术;2011年04期
2 ;导弹院锂离子动力电池列入洛阳市重大科技攻关项目[J];航空科学技术;2008年06期
3 赵丽;;扶持我市新能源聚合物锂离子动力电池项目的发展建议[J];中国新技术新产品;2010年15期
4 李革臣;;赛恩斯锂电池的关键技术[J];人民公交;2010年09期
5 张保国;;天能重磅投入锂电[J];中国自行车;2010年12期
6 陈新传;宋强;吕昊;王路;;锂离子电池应用于潜艇动力可行性分析[J];船电技术;2011年06期
7 何洪文,孙逢春,张晨光,白文杰;锂离子动力电池充放电特性的试验研究[J];北京理工大学学报;2002年05期
8 钱良国;郝永超;肖亚玲;;锂离子动力蓄电池充电技术和设备研究最新进展[J];新材料产业;2007年08期
9 ;科技热词扫描[J];广东科技;2009年05期
10 周恒辉;;锂离子动力电池电极材料产业化进展[J];新材料产业;2010年10期
11 凌国维;唐致远;王琪;;人工神经网络在锂离子动力电池管理中的应用[J];电源技术;2006年10期
12 张万红;岳敏;;锂离子动力电池及其负极材料的研究现状及发展方向[J];新材料产业;2006年09期
13 王曦悦;;盟固利:产业化前夜的商业智慧[J];新材料产业;2006年09期
14 和祥运;刘恩华;张嘉禾;;锂离子动力电池产业链研究[J];北京汽车;2011年04期
15 徐顺余;曹辉;;锂离子动力电池受高温影响的试验分析[J];客车技术与研究;2011年04期
16 薛梅;天津蓝天双环科技有限公司最新科技成果[J];电源技术;2005年09期
17 唐致远;邓艳波;张娜;管道安;;LiCoO_2对LiMn_(2-x)MxO_4正极材料的混合改性研究[J];化学通报;2006年04期
18 毛国龙;;锂离子动力电池发展现状及应用前景[J];中国电子商情(基础电子);2009年08期
19 邹连荣;韩文伟;陈猛;解晶莹;;锂离子动力电池性能研究[J];电池工业;2007年06期
20 张利波;马洁;金伟;;锂离子动力电池化成及使用中出现自燃的机理分析及其解决办法[J];内江科技;2010年10期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 张利波;;大容量锂离子动力电池技术与应用[A];第六届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2009年
2 李文成;卢世刚;;C-LiFePO_4动力蓄电池的热行为[A];中国硅酸盐学会固态离子学分会理事会暨第一届固态离子学青年学术交流会文集[C];2011年
3 张华辉;夏保佳;齐铂金;廖瑾瑜;;混合动力轿车用集中式锂离子动力电池管理系统设计[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
4 艾新平;曹余良;杨汉西;;锂离子电池自激发安全保护机制[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
5 王欢;;基于低碳经济要求的新能源汽车发展分析[A];2010年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 靳尉仁;锂离子动力电池性能及其仿真研究[D];北京有色金属研究总院;2011年
2 陈玉红;锂离子电池LiCo_(1/3)Ni_(1/3)Mn_(1/3)O_2正极材料及安全性的研究[D];天津大学;2007年
3 刘云建;锂离子动力电池的制作与性能研究[D];中南大学;2009年
4 许晶;聚阴离子型锂离子电池正极材料的制备及改性[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 贺艳兵;高功率锂离子电池电化学性能和安全性能的研究[D];天津大学;2010年
6 吴贤文;功能电解液对LiMn_2O_4和LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4电化学性能改善及其机理研究[D];中南大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵海龙;锂离子动力电池企业发展战略研究[D];华东师范大学;2010年
2 王海东;青鸟华光锂离子动力电池生产基地可行性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 彭强;电动汽车用锂离子动力电池热效应研究[D];吉林大学;2012年
4 吴向亮;电动汽车锂离子动力电池产品认证技术及评价研究[D];机械科学研究总院;2012年
5 任保福;大容量锂离子动力电池充放电过程热特性研究[D];北京交通大学;2012年
6 衣思平;锂离子动力电池新建项目风险管理与研究[D];山东大学;2012年
7 梁凯恩;锂离子动力电池套管机关键机构及控制系统设计与研究[D];华南理工大学;2013年
8 黎继刚;锂离子动力电池管理系统的研究与实现[D];浙江理工大学;2010年
9 邹春龙;电动自行车用锂离子动力电池组工艺设计与性能研究[D];北京有色金属研究总院;2012年
10 汤依伟;基于电化学—热耦合模型的锂离子动力电池放电行为研究[D];中南大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 汪忠阔;我市锂离子动力电池工程技术通过专家论证[N];济宁日报;2009年
2 记者 胡越;让锂离子动力电池产业成为经济新亮点[N];洛阳日报;2009年
3 李强;锂离子动力电池项目奠基[N];太行日报;2010年
4 记者 刘碧玛;锂离子动力电池获突破性进展[N];科技日报;2004年
5 林枫;锂离子动力电池正极材料在华申请专利态势分析[N];中国知识产权报;2011年
6 记者解广军;北汽集团投资鸡西的锂离子动力电池负极材料及石墨深加工项目奠基[N];鸡西日报;2011年
7 本报记者 赵志伟 通讯员 王思臣 实习生 刘可可;中航锂电 绿色能源让天空更蔚蓝[N];洛阳日报;2009年
8 CNE记者 倪旻;中航工业锂电产业园启用总投资36亿元[N];中国电力报;2011年
9 记者 刘双;深圳锂电池产业领先全国[N];深圳商报;2009年
10 张莹莹 记者 齐展;吉林中聚新能源积极扩产[N];吉林日报;2011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
  • 010-62982499
  • 010-62783978