商业化锂离子电池的热稳定性研究

采用加速量热仪(ARC)研究了商业化锂离子电池(LiCoO/石墨)的热稳定特性,主要考察了开路电压、循环次数以及容量对电池的热稳定性影响.ARC测试结果表明,当电池开路电压由3.8 V增至4.4 V时,电池的起始放热反应温度由100℃降低到73℃,并且在同一温度下,电池的自加热速率随电压的升高而增大;在相同条件下,电池的起始放热反应温度几乎不受循环次数(0～400次)及容量大小(710 mAh和780 mAh)的影响.但是,随着循环次数的增加和电池容量的增大,电池的自加热速率增大.另外,为进一步了解电池内部热量来源,分别对充电到4.2 V完整的正负极片进行了热分析.实验结果表明,负极在60℃左右开始放热,而正极在110℃左右开始热分解,但由于正极热分解释放出大量氧气致使电池内压迅速增大,并最终导致电池热失控.     

商用钴酸锂电池过充电安全性研究

过充电是锂离子电池最常见和最危险的失效方式之一,探究锂电池过充电过程中的行为特性与安全性变化至关重要.从充电速率与截止电压两个方面,研究了不同实验条件下商用钴酸锂电池的过充电安全性.结果 表明:充电速率对钴酸锂电池过充测试中电池表面温度的峰值影响较大.随着充电速率的增加,锂离子电池的温升更严重,电池故障所需时间更短;随着过充截止电压的升高,钴酸锂电池内部会发生副反应,导致电池表面温度出现第二次峰值,进而对电池造成不可逆损伤.在高速率充电(3 C)时截止电压对电池峰值温度影响较大,而在中低速率(2 C及以下)时不易受截止电压影响.可为钴酸锂电池的安全性设计和电池管理系统中过充故障的安全管理提供理论依据与技术参考.     

循环对锂离子电池外部短路安全性的影响

锂离子电池安全性作为其应用于新能源汽车的关键技术指标,成为众多标准法规关注的重点,同时吸引了大量的科研工作者的参与研究。对一款软包三元锂离子电池在不同循环次数后的外部短路安全性进行了研究,发现随着循环次数的增加,电池外部短路测试的最大电流逐步下降;在800次循环内,外部短路测试中电池表面温升逐步降低,均低于125℃,未发生起火、爆炸等热失控现象,但是950次循环后,电池外部短路测试发生了热失控,温度达到360℃以上。通过直流放电电阻测试和交流阻抗谱测试,发现随着循环的进行电池阻抗逐步增大。     

添加剂、隔膜对锂离子电池过充性能的影响

采用电聚合添加剂环己基苯、联苯来改善以钴酸锂为正极材料的高容量锂离子方形电池过充性能(1 C 10 V、3 C4.8 V),并探讨隔膜性能对电池过充测试的影响。实验发现,1 C 10 V过充测试,电解液中添加环己基量增加时能提高电池过充测试的通过率,添加5%(质量分数)环己基苯+5%(质量分数)联苯时能对电池起到良好的保护效果,但对3 C 4.8V所起的作用不大;具有较大的穿刺强度的隔膜能对电池3 C 4.8 V过充测试起到良好的保护作用;隔膜型号与添加剂对电池循环厚度及容量保持率均有一定的影响,加入添加剂后电池循环性能下降,而良好的隔膜性能可提高电池循环性能。     

采用Li4Ti5O12为负极的软包锂离子电池研究

以扣式电池评估了碳包覆钛酸锂的比容量。采用磷酸铁锂为正极,碳包覆钛酸锂（LI4Ti5O12）粉末作为负极活性材料制作锂离子软包电池,并对电池进行测试。该电池2C放电容量能够达到0．5C放电容量的81．6％。1C2000次循环后,容量保持率在90％以上,展现了优异的循环性能。电池以3C倍率过充到15V,没有漏液、爆炸和起火,经过针刺测试后,没有爆炸和起火,电池表面最高温度不超过90℃。     

采用Li4Ti5O12为负极的软包锂离子电池研究

以扣式电池评估了碳包覆钛酸锂的比容量。采用磷酸铁锂为正极,碳包覆钛酸锂(Li4Ti5O12)粉末作为负极活性材料制作锂离子软包电池,并对电池进行测试。该电池2C放电容量能够达到0.5C放电容量的81.6%。1C2000次循环后,容量保持率在90%以上,展现了优异的循环性能。电池以3C倍率过充到15V,没有漏液、爆炸和起火,经过针刺测试后,没有爆炸和起火,电池表面最高温度不超过90℃。     

隔膜对18650型锂离子电池性能的影响

用4种隔膜制作了18650型锂离子电池,并测试了电池的安全性能(150℃热箱、冲击和过充实验)和电性能(倍率和循环性能).隔膜的孔隙率大、熔融温度高,电池的150℃热箱安全性能坚持时间就短,而2C,12V过充安全性能和倍率放电性能更好.孔隙率值合适(约45%)和孔径均匀的隔膜,能提高电池的循环性能.     

不同循环周期锂离子动力电池热失控特性分析

热失控作为锂离子电池的失效方式之一,对研究动力电池的热安全性具有至关重要的作用。以26 Ah软包型锂离子动力电池为研究对象,结合混合动力脉冲能力特性(HPPC)测试和交流阻抗测试两种方法,利用扩展加速量热仪(EV+ARC)来研究不同循环周期下动力电池的电化学行为和热失控行为,并进一步考察电池的热稳定性和安全性。结果表明,电池经过常温下1 000周循环后容量下降至83%,直流内阻随循环次数增加而增大。从热失控曲线来看,随着循环次数的增加,电池自产热温度呈现总体下降,说明不断循环老化的电池SEI膜热稳定性逐渐变差。交流阻抗谱显示,SEI膜与电解液的阻抗随着循环次数增加而增大,说明SEI膜与电解液结构和成分随着循环周期的变化是影响其热稳定性的关键因素。     

LiCoO2的电化学性能和过充特性研究

以两种具有不同粒径、比表面积和振实密度的LiCoO2为正极材料,组装053048型锂离子电池,研究其电化学性能、1.0 C/12 V过充特性及其过充机理.结果表明:LiCoO2比表面积对过充测试结果影响很大;比表面大、细颗粒多的LICoO2,过充测试时产生较多的活性反应位置,导致电池发生热失控、爆炸.正极材料的晶体结构和振实密度对过充特性也有影响.D50小的LiCoO2经过100次循环后,容量保持率＞95%,3.6 V平台＞82%,表现出良好的电化学性能.     

204468型LiCoO_2/Li_4Ti_5O_(12)电池性能研究

以钴酸锂(LiCoO2)为正极活性物质、钛酸锂(Li4Ti5O12)为负极活性物质,制备204468型锂离子电池。该电池在2.7~1.5 V循环,3.00 C放电容量可达0.50 C时的92.9%;以0.50 C、2.00 C、3.00 C循环1 200次,容量保持率均在99%以上。电池以3.00 C倍率过充到15 V,没有爆炸、起火,表面最高温度不超过120℃;经短路实验后,没有出现漏液、爆炸和起火现象,表面最高温度不超过65℃;经针刺测试后,没有爆炸、起火,表面最高温度不超过30℃。     

MH-Ni电池高倍率循环寿命影响因素探讨

D型MH-Ni电池1 C率100％ DOD放电303周期后,电池放电容量降低29．9％,电池的内阻增大155%,放电30 min时电池端电压降低8．4％。对循环前后电池进行对比实验,发现循环后电池放电至1．0 V时,其负极的电极电位降低为－750 mV（vs．HgO／Hg电极）,而未循环的为－854 mV（vs．HgO／Hg电极);P-C-T实验结果表明,循环后电池中的合金电化学容量只有129．4 mAh／g,而未循环的为279．7 mAh／g,这两者说明电池循环后负极中的合金贮氢能力已大大下降。通过对循环前后电池正、负极活性物质的扫描电镜实验、粒度分布测试及X射线衍射实验等进行分析,证实电池经循环后失效的主要原因是因为负极活性物质的腐蚀、粉化和氧化。     

6GFM-200蓄电池高倍率充/放电性能测试

为满足15～1 000 ms的50～80T脉冲磁场的供电参数要求,对6GFM-200阀控式铅酸蓄电池组分别进行了不同负载下高倍率充/放电性能、高倍率充/放电循环、高倍率放电状态下蓄电池内阻等测试。实验结果证明：蓄电池在4 000次2 000 A/1.5 s的高倍率充/放电循环过程中,尽管蓄电池内阻随着剩余容量衰减而增大,但蓄电池工作电压始终保持在12.87～13.80 V之间,蓄电池没有发生发热、膨胀、失效的现象。     

电动自行车用高比能量密封铅蓄电池研究

研究了供电动自行车使用的６Ｖ、６．５Ａｈ及１２Ｖ、１２Ａｈ两种规格的小型阀控式密封铅酸蓄电池，讨论了电池的试验结果和放电性能。这两种电池分别配用于功率为１３０Ｗ及１８０Ｗ、电压为３６Ｖ的电动自行车。电池以平均工作电流６Ａ（１２Ｖ、１２Ａｈ、２ｈ率）放电，其初始质量比能量达到３１．８Ｗｈ／ｋｇ以上，体积比能量大于１０７Ｗｈ／Ｌ。不同型号的电池已批量配置于不同功率要求的电动自行车使用，一年前配用的电池，现仍在正常运行中。     

添加剂BC-1对MH-Ni蓄电池性能的影响

用BC-1作为MH-Ni蓄电池的负极添加剂,研究了它对MH-Ni蓄电池充放电性能、内压、循环性能的影响.采用合理的添加方式,可以保证在电池容量不受影响的前提下,MH-Ni蓄电池耐过充能力明显增强,5 C放电时,中值电压升高50 mV;循环性能明显提高,1 C倍率充放循环156次,其容量保持在76%以上;过充电时电池内压显著降低.     

MH/Ni电池容量衰减的研究(1)

测定了MH/Ni电池充放电过程的容量和内阻变化,实验表明,1C放电容量随循环次数的增加而逐步衰减,在较小的电流(1/6C)下,电池放电容量衰减不明显.本文运用XRD定性分析了循环200周前后正负极表面形貌和物相结构的变化,结果表明:正负极活性物质的物相变化和晶体结构无序化是造成电池容量衰减的主要影响因素,正极则尤为严重.     

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。     

26650型Li4Ti5O12锂离子电池的研制

采用LiMn2O4为正极材料,Li4Ti5O12为负极材料制成了26650/2500mAh的锂离子电池,该电池10C放电容量能够达到1.0C放电容量的97.30%,电池在-20℃的条件下以0.5C放电,能够放出25℃条件下容量的98.72%,在55℃的条件下以0.5C放电,能够放出25℃条件下容量的97.83%,1.0C循环测试200次后,容量剩余率为96.10%;电池以3.0C倍率过充到20.0V,没有爆炸和起火,经过针刺短路之后,没有爆炸和起火,电池表面最高温度不超过90℃。     

电动自行车用阀控式铅酸蓄电池(2)——电池循环寿命

利用线性电位扫描法研究了不同含Sn量对Pb -Sn电极在 0 9V(vs.Hg/Hg2 SO4 )时形成的阳极膜中Pb(Ⅱ)电量的影响 ,并研究了Pb -Ce电极在相同电位下形成的阳极膜中的Pb(Ⅱ)电量随时间的增长率。采用 6V -6Ah电池测定了由不同锡含量的铅合金制成正极板栅的电动车电池的放电特性 ,并采用 12V 12Ah电池测定了含RE(RE为含Ce合金 )的Pb -Ca-Sn板栅的电池寿命。结果表明 ,在合金中添加RE或适当提高Sn含量 ,有利于增进电池的深充放循环性能     

掺杂锂镍钴锰氧材料的合成及电化学性能

采用改进的共沉淀法合成掺杂Al、Mg的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2系列材料,通过X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、伏安法(CV)、充放电测试、交流阻抗等技术对材料进行了表征,比较了掺杂元素(Al、Mg)对电化学性能的影响.在2.8～4.3 V,0.1 C倍率下未掺杂材料的首次放电比容量达171.1 mAh/g,循环10次后为152.2 mAh/g,掺杂Al、Mg后容量有所下降,但循环性能得到改善,前10次容量衰减分别为2.5%、3.3%.采用Voigt模型对交流阻抗谱进行拟合,比较了电解液阻抗、交换膜阻抗和法拉第阻抗的变化,发现10次循环后电荷传递阻抗明显增大.