大容量锂离子动力电池设计与性能研究

摘要

本文从单体锂离子动力电池的电芯设计出发,对市场上锂离子动力电池采用的常规叠片电芯设计加以改造、优化,设计出一种新型叠片电芯,通过理论计算与仿真,比较两种电芯设计优劣,并制作成20Ah常规叠片设计电池和20Ah新型叠片设计电池,测试并比较它们的电化学性能、安全性能和温度场分布情况及特殊点的温升情况。
　　(1)通过建模,对常规叠片设计电池和新型叠片设计电池进行放电状态下热仿真计算,得到它们的热特性数据,比较它们之间的发热量、温度场分布以及特殊点的温升情况;从理论上,分析常规叠片设计电池与新型叠片电池的不同之处。结果表明:在放电结束时,新型叠片设计电池在特殊点的温度低于常规叠片设计电池,发热量与整体温度也低于常规叠片设计电池。
　　(2)比较分析常规叠片设计电池和新型叠片设计的电化学性能,测试20Ah新型叠片设计电池的安全性能。结果表明:新型叠片设计电池在1C充放电条件下,循环1000次保持首次放电容量的95.2％,其倍率性能优于常规叠片设计电池,并且新型叠片设计电池具有良好的安全性能。
　　(3)通过对电芯极耳附近和中心处的正极活性物质进行XRD和SEM检测,从微观上分析电流强度对电芯活性物质结构和形貌的影响,并对两种电池进行电化学阻抗测试。结果表明:新型叠片设计电池的活性物质的结构破换程度较常规叠片设计电池要小;新型设计电池活性物质的颗粒形貌比常规叠片设计电池要均匀、粘结程度较小;新型叠片设计电池的内部阻抗小于常规叠片设计电池,动力性能更佳。
　　(4)用红外热成像仪分析常规叠片设计电池和新型叠片设计电池温度场分布、特殊点的温升情况并进行比较,验证电池表面温度场热仿真结果。结果表明:电池的实际温度场和特殊点的温升情况与仿真结果较吻合,新型叠片设计电池的整体发热量、温度以及特殊点温度低于常规叠片设计电池。

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第一章 绪论

1.1 动力电池特点及其发展

1.2 锂离子电池工作原理

1.3 锂离子动力电池研究现状

1.4 电池热仿真模型研究进展

1.5 锂离子动力电池电芯研究进展

1.6 课题的提出与研究内容

第二章 实验方法与设备

2.1 电池制作过程

2.2 电池制作工艺及设备

2.3 检测方法

第三章 20Ah软包电池设计与热仿真计算

3.1 设计原理

3.2 电池具体设计

3.3 电池实体图

3.4 电池热模型理论计算

3.5 本章小结

第四章 电池的电化学性能

4.1 新型设计电池循环性能

4.2 电池倍率性能

4.3 新型设计电池储存性能

4.4 电池正极片活性物质XRD与SEM分析

4.5 电化学阻抗EIS分析

4.6 本章小结

第五章 电池的安全性能

5.1电池特殊点温升测试

5.2 电池红外线热成像分析

5.3 安全性能测试

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文

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