快充型锂离子电池的性能研究

摘要

通过充放电测试、交流阻抗（EIS）及电化学循环测试研究了锂离子电池在大电流充电条件下的电化学性能变化规律，发现锂离子电池在大电流充电过程中正负极存在较大的极化，严重影响电池的快充性能，减小极化能够提高电池大电流充电性能，降低电池内阻能够有效减少电池电极极化现象，为此，研究了不同导电剂及其掺入比例、电池制作工艺等的对电池快充性能的影响。结果显示：正负极配料制浆过程中，导电剂与电极活性物质的均匀性与加入比例对电极电阻有影响，当导电剂加入比例加入量在4%时，电池综合性能最佳。在0.2C电流作用下形成的SEI膜内阻相对较小且稳定，在一定程度上改善了极化程度，性能稳定的SEI膜对后期循环性能具有很大的影响。电极材料的面密度越小，大电流充电时电池的极化越小，循环稳定性较好，正极面密度为153g/m2时，6C倍率充电循环1700次后容量保持率仍有80%。当正极材料的压实比为3.6g/cm3时，电池的极化及内阻最小，循环稳定性能好。
　　本研究主要内容包括：⑴通过绝热量热测试仪(ARC)测试了大倍率充电情况电池的热量变化及电池的比热容，结果表明电池热容为2.02J/(K*g)，在6C充电时电池表面温升为5℃±0.1℃，受温度效应影响，此时电池内热能够提高电化学反应效率，并无安全性影响。⑵对循环前后电池电极材料进行了X射线衍射(XRD)谱，扫描电子显微分析，场发射透射电子显微分析，结果表明，大电流充电作用下，循环1000次后，正极材料晶体结构发生变化，(001)晶面间距变大，晶胞体积增大，结构中存在锂离子的缺失，产生晶格缺陷，晶化程度变低。负极材料的晶面间距变小，且循环后晶格条纹模糊，出现部分非晶化现象。⑶正极材料粒度分布对电池影响电池快充性能。对比分析了不同粒径正极材料的快充性能，结果表明减小正极材料颗粒粒度有利于提高电池倍率充电性能。负极材料的结构特点也影响电池快充效率，研究了层状石墨、球形石墨及中间相碳微球的快充性能。通过KOH溶液对层状石墨负极处理改性后，电池在大电流（6C）充电时能量密度提高至128Wh/kg，循环1000次后容量保持率为80.3%。⑷研究了三元正极材料L333的快充性能，结果表明，颗粒较小的正极材料具有更好的倍率性能，使用改性后的石墨作为负极，6C充放条件下，将快充电池的能量密度提高至130wh/kg时，循环1000次后容量保持80mAh/g。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 快充锂离子电池的研究现状

1.3 快充锂离子电池的影响因素

1.4 课题研究内容

第二章 实验材料及研究方法

2.1 实验中主要原料与设备

2.2 实验工艺

2.3 性能测试及表征

第三章 大电流充电对电池性能的影响

3.1 电池制作及性能测试

3.2 制作工艺对大电流下电池性能的影响

3.3 电池内部热量的变化

3.4 本章小结

第四章 正负极材料对快充电池的影响

4.1 大电流充电循环后正、负极材料结构与形貌的变化

4.2 正极材料粒径的大小对充电倍率性能的影响

4.3 不同负极材料在大电流充电条件下的电性能

4.4 石墨负极材料的改性

4.5 本章小结

第五章 L333材料用快充电池材料的初步研究

5.1 前言

5.2 不同L333材料快充性能对比

5.3 机械球磨L333制不同粒径颗粒

5.4 本章小结

第六章 结论

展望与改进

参考文献

致谢

硕士期间研究成果