锂离子电池综合使用性能的评价、修复及相关机理研究

摘要

以额定容量950mA.h的LP063450AR型方型锂离子电池为样品电池，对锂离子二次电池容量损失的电化学修复进行了研究，并采用X射线衍射（XRD）、电化学交流阻抗（EIS）以及电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）等手段探讨修复机理。结果表明：通过插入适当小电流充放电循环，对二次电池多次循环后所导致的容量损失进行有效修复。在1C、2C条件下，每50次循环后通过修复，电池容量较修复前平均增加了40-50mA.h；300次循环结束后，电池容量仍保持在860mA.h和750mA.h左右。300次循环后放电态下比较嵌锂量，ICP-AES测试结果显示：300次循环后放电态时修复前/后电池正极材料化学式分别为Li0.776CoO2和Li0.907CoO2。电化学修复主要是通过改善电池的动力学性能，使得更多的Li+在正极嵌入，并参与到电池的充放电过程中，因而提高了电池的容量性能，使得电池的循环寿命和使用性能得到提升。 进一步的研究表明：电化学修复这种方法并不能对所有因素所引起容量损失进行修复；对于由电流通过而带来的浓差极化和电化学极化等因素所导致的容量损失，电化学修复的修复效果是非常明显的。而对于电池、电极活性材料以及电解液等在充放电循环过程中的变化而导致电池容量的不可逆衰减，电化学修复的修复效果有限。 同时，本文对容量品质系数（λ）和充放电效率η这两个参数进行了比较。与充放电效率η（目前用来评价锂离子二次电池性能的参数）相比，容量品质系数λ更充分的反应了电池的动力学限制对电池使用性能的影响。在电池的使用过程中，尤其是高倍率充放电条件下，电池的容量品质越好，其相应循环性能和比容量性能越好。容量品质不仅充分的反映了电池的动力学信息，更深入的涵盖了电极活性材料的稳定性，因而能更加有效的用来评价和预测电池的容量性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 文献综述

1.1锂离子二次电池概况

1.1.1引言

1.2锂离子电池的简介

1.2.1锂离子二次电池的历史及现状

1.2.2锂离子电池的工作原理

1.2.3锂离子电池的主要特征

1.3锂离子电池材料的组成

1.3.1锂离子电池正极材料

1.3.2锂离子电池负极材料

1.3.3锂离子电池电解液

1.3.4锂离子电池电解液有机溶剂

1.4锂离子电池综合使用性能的提高方法

1.5选题的背景、意义及研究的主要内容

第二章 锂离子二次电池容量损失的电化学修复

2.1前言

2.2实验

2.2.1实验仪器

2.2.2样品电池

2.2.3电池测试

2.2.4测试与表征

2.3结果与讨论

2.3.1电化学修复

2.3.2电化学修复效果的优化

2.3.3电流修复与静置方法的效果比较

2.4电化学修复机理的研究

2.4.1 XRD测试

2.4.2交流阻抗测试

2.4.3 ICP-AES测试

2.4.4电化学修复机理

2.5锂离子二次电池容量损失电化学修复的应用

2.5.1可充电电池的主要充电方法

2.5.2基于电化学修复智能充电器的设计

2.6小结

第三章 电解液的挥发对电池电化学修复效果的影响

3.1前言

3.2实验

3.2.1样品电池

3.2.2电池测试

3.3结果与讨论

3.3.1电化学修复对由极化等不利因素所引起的容量衰减的修复效果

3.3.2电化学修复对由电解液的挥发所引起的容量衰减的修复效果

3.4小结

第四章 锂离子二次电池的容量品质研究

4.1前言

4.2实验

4.3结果与讨论

4.3.1容量品质系数λ与充放电效率η的区别

4.3.2容量品质系数λ与充放电效率η在循环过程中的变化

4.3.3样品电池的恒流充放电曲线

4.3.4容量品质系数λ与电池循环性能的关系

4.3.5容量品质系数λ和电池比容量之间的关系

4.4小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的主要研究成果