LiFePO4鋰離子電池滿電荷存儲(chǔ)壽命的研究.pdf

1、鋰離子電池被認(rèn)為是電動(dòng)汽車和軍用裝備的理想電源。LiFePO4正極材料作為一種具有充放電循環(huán)性能優(yōu)異、高安全性等優(yōu)點(diǎn)的正極材料，在民用和軍用設(shè)備電池上具有廣泛的應(yīng)用前景。而在電池存儲(chǔ)和使用的過程中，電池的壽命對(duì)其應(yīng)用范圍具有關(guān)鍵性的影響，尤其在軍用設(shè)備上，電池的存儲(chǔ)壽命是限制其使用的決定性因素。針對(duì)這一問題，本文主要研究以LiFePO4為正極材料的電池在滿電荷狀態(tài)下的存儲(chǔ)壽命，討論了電池存儲(chǔ)老化的機(jī)理，并對(duì)電池進(jìn)行相應(yīng)的延壽改性。

2、>　　本文首先對(duì)電池的存儲(chǔ)老化的機(jī)理進(jìn)行探討，初步建立基于老化機(jī)理的數(shù)學(xué)模型，然后通過以LiFePO4為正極材料的商品A-XXX電池進(jìn)行滿電荷存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)，對(duì)老化模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，預(yù)測(cè)電池的存儲(chǔ)壽命。并對(duì)自制的以一次使用為目標(biāo)的LiFePO4富鋰電池進(jìn)行存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)，預(yù)測(cè)電池的壽命，同時(shí)，通過添加電解液添加劑，延長(zhǎng)電池的存儲(chǔ)壽命。根據(jù)對(duì)電池老化過程的理論分析，將電池的容量衰減同電池的負(fù)極Li損失聯(lián)系起來。在假設(shè)：（1）電池在實(shí)驗(yàn)過程中老化機(jī)理相

3、同，且負(fù)極的Li損失的主要反應(yīng)為負(fù)極LixC（或者金屬Li）反應(yīng)生成Li+。（2）該反應(yīng)是一個(gè)緩慢的反應(yīng)，其反應(yīng)速率可看成僅與Li+有關(guān)的n級(jí)反應(yīng)。（3）損失的Li與容量衰減量滿足電池恒流放電的反應(yīng)式。根據(jù)這三個(gè)假設(shè)得出電池的容量損失與存儲(chǔ)時(shí)間和溫度滿足關(guān)系式：Q=exp(A1-B1/T)×tρ，建立電池容量損失與存儲(chǔ)時(shí)間和溫度的模型A-XXX二次電池在存儲(chǔ)過程中，電池的正負(fù)極材料的晶體結(jié)構(gòu)基本不變。阻抗研究表明，電池的阻抗變化主要由于

4、負(fù)極的SEI膜的變化。通過建立的模型，分析A-XXX二次電池的平均壽命約在3.5年。LiFePO4富鋰電池的結(jié)構(gòu)與 A-XXX二次電池不同，LiFePO4富鋰電池充電后在負(fù)極的表面形成了一層金屬 Li。在存儲(chǔ)過程中時(shí)，電池容量損失的主要原因?yàn)殡姵刎?fù)極金屬 Li的不斷損失。由于一次電池未經(jīng)過充放電循環(huán)活化，電池的SEI膜形成不完整，使得電池在存儲(chǔ)時(shí)電池的阻抗變化分為快速穩(wěn)定和緩慢增長(zhǎng)兩個(gè)過程。通過模型推算，預(yù)測(cè)電池的壽命平均壽命約在2.4