基于容量增量分析的复合材料锂电池分区间循环衰退机理

以35A·h三元锰酸锂复合材料锂电池为研究对象,探索分析锂电池分区间循环衰退机理。基于容量增量曲线峰值分布,将荷电状态(SOC)区间划分为0%~20%、20%~60%、60%~100%及0%~100%四个区间,分别在各区间进行衰退老化实验。为保证电池各循环区间的容量吞吐量一致,以全区间为基准,在40℃下以2C电流共进行600次充放电循环实验。从起始点开始以100个循环为间隔,在室温条件下采用C/20电流进行容量增量分析(ICA)性能测试实验,分析不同SOC区间电池的衰退机理。结果表明:电池在SOC全区间使用时衰退最快,在低端区间使用时衰退较慢;在中低区间的性能衰退主要是由活性锂离子的损失造成的,而在SOC高端区间还包括活性材料的损失和动力学衰退。本文得到的结论为电池的改进设计及使用区间的选取提供了理论依据。     

基于不同衰退路径下的锂离子动力电池低温应力差异性

锂离子动力电池受到的低温冲击通常发生在某一特定情况下,其低温应力与新电池存在一定差异。通过以35A·h复合材料电池为研究对象,针对电池充放电过程中存在的不同反应阶段,利用转化容量增量曲线划分电池工作区间,使电池在不同SOC区间循环老化,跟踪其电化学特性变化,分析衰退机理。在0℃环境下,采用C/3、C、3C/2、2C和5C/2电流依次对老化电池进行充放电冲击,分析基于不同衰退路径下的动力电池低温应力差异性。结果表明:动力电池在不同SOC区间循环使用会产生差异性明显的衰退路径,其低温衰退与其之前经历的循环衰退并不存在映射关系和一致性。同时得到的结论为动力电池成组应用的寿命分析和梯次利用电池的筛选配组提供依据。     

HEV用MH-Ni电池的研制

报道了HEV用高功率MH-Ni电池的研制.通过优化设计单体及模块电池结构,优选正负极活性物质材料、基体材料及配方,提高了电池比功率,使之达到1 100 W/kg;改进正极配方,提高电池高温充电效率:60℃下0.5 C充放电,效率达到90%;改进负极材料及配方.提高电池低温放电性能:-25 ℃ 1 C放电达到初始容量的90%.     

软包装Li/S电池的性能研究

应用软包装技术,用S-C复合材料作为Li/S电池的正极材料,组装了软包装Li/S电池.性能测试结果表明:120 mA首次放电容量达1 700 mAh,比能量达300 Wh/kg;循环50次(100 mA)后的容量保持率约为60%.在0℃和-20℃下的放电容量(100 mA)分别达25℃下放电容量的90%和40%.电池在过充电和短路等滥用条件下,不燃烧、不爆炸.     

可充电5号锂离子电池的研制

为满足新一代可充电5号(AA)电池对高比能、长寿命和高安全性的需求，采用高电压LiCoO2材料，通过正极材料的选型优化，负极压实密度和电池注液量参数设计优化，开发出了容量为1.0 Ah的14460型锂离子电池。电池的比能量达192.5 Wh/kg，常温下以1 C在3.0～4.35 V循环1 000次，电池容量保持率达到80%以上，-20和60℃放电容量分别为常温容量的75.7%和98%,3 C放电容量为0.2 C容量的94.4%，且通过了1 C 6.3 V过充、短路、热冲击、重物冲击和挤压等项目测试。电池具有较高的比能量，并显示出良好的循环性能、高低温性能、倍率性能和安全性能。     

高功率锂离子蓄电池制备与性能研究

以尖晶石锰酸锂为正极材料,制备了混合动力汽车(HEV)用8Ah高功率锂离子蓄电池,电池容量、质量及荷电保持性能一致性良好。性能测试结果表明:单体电池25.0C持续放电比功率达到1517W/kg;-30℃下1.0C放电容量是25℃下的90%;室温循环700周容量保持87%;电池在针刺、挤压和短路的情况下,不爆炸,不起火,具有较好的安全性;室温下电池循环过程中充放电效率接近100%,而高温下只有97%;高温下电池的充电容量和放电容量比室温下衰减快,而在充电过程中高温充电容量的变化比室温下复杂得多。     

LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的413450型电池的性能

采用自制的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2作正极材料,以石墨作负极,组装成413450型锂离子电池。分别在25℃和55℃下以3.0~4.2 V为电压区间,1C充放电,对其电化学性能进行测试和研究。结果表明:55℃下电池的首次放电比容量为143 mAh/g,25℃下为138 mAh/g;电池在55℃下充放电循环85次,容量保持率为92.15%。过充、热冲击和常温短路实验的顺利通过,证明样品材料有很好的安全性能。     

18650型锂离子电池的循环容量衰减研究

研究了18650型锂离子电池常温循环性能和容量衰减机理。采用恒流-恒压制式对锂离子电池进行200次充放电循环测试,用交流阻抗技术对不同循环次数的电池进行分析,将不同循环次数的电池正负极与锂片分别组成半电池测试其容量,利用扫描电子显微镜法(SEM)、X射线衍射光谱法(XRD)、空气渗透仪等测试手段对不同循环次数后的锂离子电池正负极、隔膜的形貌和结构进行了表征。结果表明,电池在前200次循环过程中容量衰减率为15.6%;而正极和负极容量分别损失6.6%和4.3%。电池容量衰减主要来自于活性锂离子的损失以及电极活性材料的损失,活性锂离子的损失可能是由于在循环过程中电解液与正负极活性材料反应不断消耗活性锂离子造成的;正极活性材料层状结构规整度下降,离子混排度提高,负极活性材料上沉积钝化膜,石墨化程度降低,隔膜孔隙率下降,导致电池电荷传递阻抗增大,脱嵌锂能力下降,从而导致容量的损失。     

大容量方形动力MH/Ni电池性能

研究了35Ah/1 2V和40Ah/1 2V大容量方型动力MH/Ni电池的容量、电压、快速充放电、充电内压性能和阻抗特性。结果表明:研制的方型动力MH/Ni电池可以封口化成;电池的容量达到设计容量,其中正极活性物质的利用率达90%以上;充电内压较低,充电效率较高。快速放电性能较好,如40Ah电池1C倍率放电容量为0 2C时的98%;快速充电性能好,40Ah电池在1C倍率快速充电的条件下,其0.2C倍率放电容量接近40Ah。     

磷酸铁锂动力电池寿命中期低温安全性能

以剩余容量84%的磷酸铁锂动力电池为样品,首先在25、0和-10℃充放电循环,然后对不同温度循环后的电池进行热安全实验(ARC实验),最后对不同温度循环后的电池进行拆解,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)进一步分析电池正负极材料的理化性能。实验结果表明,寿命中期的电池低温性能较差,电池在25、0和-10℃环境下,循环50周容量保持率分别为100%、93.5%和20%;寿命中期的电池低温循环后热安全性能降低,25、0和-10℃下循环后的电池热失控温度分别是165、157和108℃,低温循环使电池热失控温度提前;电池在低温循环过程中发生不可逆的电化学反应,负极极片表面产生锂枝晶,这是电池低温性能衰减和安全性能降低的主要原因。