高比能鋰離子電池研制及性能研究.pdf

1、高比能高比能鋰離子電池研制及性能研究鋰離子電池研制及性能研究PreparationperfmanceofLithiumioncellwithhighspecificenergy學(xué)科專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)研究生：焦萌指導(dǎo)教師：?jiǎn)沃覐?qiáng)教授企業(yè)指導(dǎo)教師：羅萍教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一四年十月中文摘要中文摘要近年來(lái)，供電系統(tǒng)對(duì)電源的輕量化要求日益突出。鋰離子電池由于具有比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，已逐漸成為諸多供電系統(tǒng)的首選儲(chǔ)能電源。但是，目前國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能

2、電源應(yīng)用較為成熟且工程化的LiCoO2LiC6體系鋰離子電池，其比能量在110Whkg～130Whkg之間，無(wú)法滿足高比能鋰離子電池的使用要求。本論文針對(duì)工程應(yīng)用的實(shí)際需求，同時(shí)適應(yīng)高倍率充放電和寬溫度范圍工作的任務(wù)特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)影響電池比能量和綜合性能的正極、負(fù)極和電極液三個(gè)部分進(jìn)行了研究。依托試驗(yàn)結(jié)果研制了高比能量鋰離子電池，對(duì)電池的性能和安全性進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)電池的性能特點(diǎn)和循環(huán)性能進(jìn)行了驗(yàn)證、分析和總結(jié)。鋰離子電池的設(shè)計(jì)與其充放電

3、模式、工作溫度和工作壽命等使用要求密切相關(guān)。高性能電極材料在鋰離子電池中起著舉足輕重的作用，是提高電池比能量的重要途徑。相比于鋰離子電池普遍采用的LiCoO2材料，LiNiXCoyAlZO2材料表現(xiàn)出更為優(yōu)異的比容量、熱穩(wěn)定性和高溫性能，且性能成熟穩(wěn)定，是理想的高比能量鋰離子電池正極材料。本論文還研究了正極導(dǎo)電劑種類(lèi)和含量，以及電極壓實(shí)密度對(duì)電極性能的影響。SP、SFG和VGCF三種不同類(lèi)型的導(dǎo)電劑混合使用的效果最佳；為達(dá)到比能量最優(yōu)導(dǎo)

4、電劑的含量和電極的壓實(shí)密度均存在最佳值。對(duì)負(fù)極石墨材料的形貌和粒度對(duì)電極性能的影響進(jìn)行了研究。相較于SEM形貌為無(wú)規(guī)則和長(zhǎng)橢圓形的石墨材料，球形石墨制備的電極的浸潤(rùn)時(shí)間最短，制備的電池的交流阻抗最??；粒度大的石墨材料較粒度小的浸透速率大。因此，大粒徑球形石墨負(fù)極材料表現(xiàn)出更為優(yōu)異的比能量和倍率性能。本論文還通過(guò)電解液與電極的相容性，電池的交流阻抗值，電池在不同工作溫度下的放電容量和放電電壓，以及充放電循環(huán)性能，對(duì)三種不同型號(hào)電解液的匹配

5、性進(jìn)行了研究。B型電解液電池在上述四方面的性能均優(yōu)于其他兩種電解液電池。本論文研制了高比能量鋰離子電池，測(cè)試結(jié)果表明：比能量較LiCO2電池顯著提高，達(dá)到170.35Whkg（0.5CA，4.1V）；20℃容量為20℃容量的82.5%，放電容量隨溫度的升高而升高，50℃容量約為20℃容量的110%，表現(xiàn)出良好的溫度特性。電池按照工作模式循環(huán)1235次后的放電電壓未見(jiàn)明顯衰降，容量保持率為93.73%，循環(huán)性能優(yōu)異。研制的高比能鋰離子電池