储能锂离子电池高温循环衰减机制分析

研究了叠片型相碳微球/石墨//LiNi_(0.3)Co_(0.3)Mn_(0.3)O_2储能用锂离子电池高温循环电化学性能和容量衰减机理。运用恒流恒压模式进行充放电测试,利用微分容量分析正极和负极电位与容量变化关系,电化学交流阻抗谱分析电池、正负极在循环过程阻抗变化趋势,扫描电子显微镜(SEM)和X射线粉末衍射光谱测试分析(XRD)循环前后正极与负极材料形貌和结构变化。结果表明,电池容量的衰减主要来自于电池极化损失,而极化损失与循环过程负极SEI膜增厚和晶格缩小导致扩散动力学能力下降有关。本研究对储能锂离子电池体系性能改善提供实验基础和理论支持。     

LiCoO2-SiO/石墨锂离子电池循环衰减机理研究

研究了LiCoO₂正极和氧化亚硅/石墨复合负极（LiCoO₂-SiO/石墨）软包锂离子电池体系（LIBs）循环衰减机理,通过循环过程中电化学阻抗（EIS）、增量容量分析（ICA）、正负极形貌等分析了循环的影响因素。结果表明,硅基负极材料在完全嵌锂状态下的体积膨胀不仅会导致SiO负极的颗粒破碎,与电解液的副反应加剧,其膨胀应力还会造成电极的导电网络和粘结剂网络的破损,从而导致正负极活性物质利用率降低,降低SiO负极材料的循环性能。此外,SiO负极的充放电电压平台较高,与石墨材料复合使用时,容易造成电池正极的过充和放电容量损失,正极过充会加剧正极材料结构破裂。而随着循环的进行,过充程度和放电容量损失会愈发严重,加速电池循环性能衰减。     

磷酸铁锂锂离子电池容量衰减机理分析

分析容量衰减机理，对优化电池体系十分重要。研究23 Ah方形铝壳磷酸铁锂(LiFePO₄)锂离子电池高温(55℃)循环容量衰减的机理。通过SEM、X射线能量色散谱(EDS)、XRD、电感耦合等离子体发射光谱(ICP)及傅立叶变换红外光谱(FTIR),分析材料的表面形貌、晶体结构及界面组分。利用电化学微分电压曲线(DVA)及扣式半电池测试，对高温循环后的电池容量衰减机理进行量化分析。失效电池的电极活性材料，整体结构没有被破坏，正极活性物质颗粒表面出现裂纹，负极固体电解质相界面(SEI)膜增厚，有机锂化合物占比增大。DVA结果表明，可循环锂损失(LLI)和活性物质结构损失(LAM)分别占全电池容量衰减的74.82%和25.18%。扣式半电池测试结果表明，负极SEI膜和死锂、正极电解质相界面(CEI)膜、正极结构损失分别占全电池容量衰减的77.13%、1.83%和21.04%。     

中间相炭微球-LiCoO2锂离子蓄电池性能研究

通过对AA型中间相炭微球(MCMB)- LiCoO2锂离子蓄电池及以MCMB为负极、LiCoO2为正极、金属锂为参比电极的AA型三电极锂离子蓄电池的性能测试及正负极对锂参比电极的电位测试,并结合双电极模拟电池的交流阻抗实验,研究了MCMB- LiCoO2锂离子蓄电池的性能及其容量衰减的原因。结果表明:在室温条件下,电池的1 C放电容量达600 mAh,并具有较好的循环性能和倍率特性。电池的倍率特性和容量衰减主要受正极控制。     

锂离子电池正负极材料对低温充放电性能影响

分别采用通过降低材料粒径和碳包覆方式优化后的正负极材料,使用扫描电镜表征钴酸锂和石墨的形貌,通过控制变量法制备四种方案的电池样品,对其电化学阻抗和低温下充放电曲线、循环曲线、容量微分曲线及析锂情况等进行分析.结果表明,适当减小钴酸锂材料粒径和碳包覆改性石墨都是优化锂离子电池正负极材料的方式,二者搭配使用能够改善锂离子电池低温性能.优化正极材料对低温放电性能改善效果明显,优化负极材料对低温充电性能改善效果明显.正极与负极材料活性不匹配或材料与使用条件不匹配会引起电池性能缺陷.     

LiFePO4/Li4Ti5O12锂离子电池的制备及研究

使用磷酸铁锂(LiFePO4)和钛酸锂(Li4Ti5O12)做正、负极活性材料,制备锂离子电池,并测试其性能。用三电极法考察不同配比时正负电极充放电电位的变化,并据此确定了电池中正负极的容量配比。性能测试结果表明,所制备的锂离子电池具有优异的循环稳定性,容量发挥好。正负极容量配比1.4时,18650圆柱电池负极钛酸锂的容量发挥为160mAh/g。     

三元材料锂离子电池的多阶段恒流恒压快充

锂离子电池多采取单阶段恒流恒压快速充电,容量衰减严重,并有析锂的风险。结合XRD、SEM、TEM、显微共焦拉曼(Raman)光谱等方法分析以LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM523)为正极活性物质软包装锂离子电池在单阶段和多阶段恒流恒压策略下的循环行为。经过600次循环后(电压3.80～4.35 V、电流0.60～1.50 C),采用多阶段恒流恒压快充方法的电池的循环容量保持率为94.24%,较单阶段提升了4.91个百分点,欧姆阻抗及电荷转移阻抗的增长率为21.05%和2.86%,对比单阶段循环后分别降低了26.32及3.11个百分点;三元正极材料的层状结构比单阶段完整,多阶段负极的石墨化度为0.061 7,比单阶段低0.028 2,析锂现象更轻微。多阶段恒流恒压充电在快充工况中的性能优势更加明显。     

复合三元电池高温循环劣化分析

选用LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2(NCM)和LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4(LMFP)复合正极材料,与石墨负极材料制成额定容量为38 Ah的2714891型电池,研究55℃下电池的循环性能,对影响循环性能的电解液和电极进行分析。负极容量衰减是高温循环性能衰减的主要因素,负极石墨比容量测试分析发现其容量损失占负极总损失的85.1%。石墨电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明:高温循环后,石墨表面脱嵌锂活性降低,电化学反应难度增大;扫描电子显微镜(SEM)与BET比表面积测试表明:石墨表面结构破坏,体相发生膨胀。石墨本征结构的变化,是负极劣化的主要因素。     

锂离子电池加速循环制式与衰减机制

针对锂离子电池材料开发过程中循环寿命测试时间过长和市场快速需求形成的矛盾,以磷酸铁锂/石墨体系锂离子电池为研究对象,提出了一种加速循环机制。通过对比分析不同循环制式下的dV/dQ曲线、电性能和正负极材料结构变化,确定适当提高循环温度和在高荷电状态(SOC)段循环可以有效缩短循环测试时间,循环容量衰减原因主要为活性锂离子损失。     

LiMn_2O_4/Li_4Ti_5O_(12)锂离子电池的制备及电化学性能的研究

采用商品化的LiMn2O4和Li4Ti5O12作为正负极材料制作锰酸锂-钛酸锂锂离子电池,研究了不同正负极容量配比对锰酸锂/钛酸锂锂离子电池的循环性能、自放电性能、高温搁置性能以及正负极活性物质的克容量发挥的影响,并利用扫描电子显微镜法(SEM)和能量散射光谱(EDS)表征循环900周后电池负极极片的形貌和成分。研究结果表明:正负极容量配比大的电池各方面性能要优于正负极容量配比小的电池。     

Li(Ni0.4Co0.2Mn0.4)O2包覆Al2O3对隔膜形貌及结构的影响

以Al2O3包覆前后的Li(Ni0.4Co0.2Mn0.4)O2为正极活性物质,中间相炭微球(MCMB)为负极活性物质,与聚丙烯(PP)-聚乙烯(PE)-PP三层隔膜组装成18650型锂离子电池,在循环不同次数后,用SEM观察隔膜形貌,XRD分析其精细结构.在电池的循环过程中,隔膜出现微孔闭合及微观结构改变;包覆抑制了隔膜中微孔的闭合,同时提高了结构稳定性.     

锂二次电池的高温循环性能及其容量损失

研究了锂离子电池在常温和高温60℃时电池的循环性能和容量衰减原因.采用恒流-恒压(CC-CV)充放电制度对锂离子电池在不同温度下进行了300次的充放电循环测试,运用扫描电子显微镜法(SEM)和X射线衍射光谱法(XRD)测试手段对不同温度下循环300次后的锂离子电池电极材料的形貌和结构进行了表征,并运用充放电测试和交流阻抗技术对电池电化学性能进行了研究.结果表明,升高温度后锂离子电池表现出较高的初始容量,但电池的循环稳定性降低,容量衰减速率加快.充电过程中电极极化加剧是导致高温下电池容量迅速衰减的主要原因,而在高温条件下电荷传输电阻增加和由于大量气体的产生使电极发生形变,使放电容量进一步衰减.     

正尖晶石LiMn2O4的合成与电化学性能研究

采用高温固相反应原理合成了LiMn2O4锂离子电池正极材料,研究了合成原料中n(Li)/n(Mn)(摩尔比)和合成温度以及掺杂金属钴元素对合成产物性能和结构的影响,恒电流充放电结果麦明LiMn2O4容量为115～120mAh/g,掺杂钴以后容量下降而循环性能改善,XRD测试分析表明合成产物具有正尖晶石结构;通过进一步优化材料的粒度和电极制备时控制导电剂的加入量,确定了提高LiMn2O4的容量、改善材料循环性能的其他因素.以合成产物为阴极材料,MCMB为阳极材料,组装的18650型锂离子电池的容量达到了1250mAh,循环300次后容量保持70%左右.     

锌镍电池研究

针对锌镍电池容量下降快、循环寿命短等问题,进行了较为全面的研究和试验。探索了作为负极主要活性物质之一锌酸钙的几种不同制造工艺;并对不同工艺制造出的锌酸钙、锌酸钙不同的添加量对锌镍电池寿命的影响进行了循环伏安曲线测试和参数选择试验;同时还开展了几种不同隔膜对锌镍电池性能影响的对比试验;测试了试验电池的温度特性、功率特性、寿命等性能。并在此基础上,优选出锌酸钙的制备工艺、添加量、合适的隔膜以及适用于锌镍电池的镍电极材料、工艺,设计、开发出了比能量为80Wh/kg、循环寿命大于300周期的锌镍电池组。     

纳米SnO2和SnO的制备及其电化学性能

用流变相法制备了锂离子电池负极材料纳米SnO2和SnO.用恒流充放电和慢扫描循环伏安等方法考察了试样的电化学性能,结果表明:试样的循环性能和贮锂容量对充放电电压区间很敏感;当充放电电压区间在0.01～1.20 V时,Li/SnO2(SnO)电池的首次贮锂容量都超过了600 mAh/g,循环20次后的容量保持率分别可达90%和83%.     

直封式工艺制备18650型LiFePO4锂离子电池

以LiFePO4和石墨为正、负极活性材料,用直接封口方式制备额定容量为1 300 mAh的18650型锂离子电池。存放30 d后,与半敞开式工艺相比,直封式工艺制备的电池电压提高0.15 V,荷电保持率提高13%,循环1 000次后的容量提高7%,表面无锈蚀。热误用、短路、过充电、强制放电、振动和机械冲击测试时,电池均不起火、不爆炸,撞击测试时不泄漏。     

放电倍率对锂离子蓄电池循环性能的影响

通过对常温不同放电倍率的18650型锂离子蓄电池循环性能的测试表明,2C高倍率循环的锂离子蓄电池,300次容量衰减率为18.8%,而1C和0.5C放电倍率循环的电池容量衰减率分别为14.2%和10.5%。高倍率循环的Li-CoO2/石墨系锂离子蓄电池容量衰减严重。X射线衍射法(XRD)、透射电子显微镜法(TEM)、扫描电子显微镜法(SEM)分析表明,循环后的正极材料结构有明显的改变,负极表面膜增厚,导致Li 数量的减少及扩散通道阻塞,是引起锂离子蓄电池容量衰减的基本原因。     

三元层状正极材料的电化学性能影响因素研究

三元层状正极材料是非常有应用前景的动力型电池正极材料,而其电化学性能还有待于进一步提高。研究了正极片厚度、隔膜类型、电解液组成和负极表面变化等因素对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2(NCM111)材料电化学性能的影响。研究发现随着正极极片厚度的增加,电池在循环过程中容量衰减严重;相比于聚丙烯(PP)隔膜,聚酰亚胺(PI)隔膜由于具有更好的浸润性,提高了电池的放电容量;电解液中低粘度链状碳酸二乙酯(DEC)的含量对电极相容性和正极材料中过渡金属离子溶解都有较大影响;负极表面锂枝晶的形成降低了电池的循环性能。     

18650高容量锂离子电池研制

采用高镍材料作为电池正极制作了18650型圆柱锂离子电池（0.5C放电标称容量为2 800mAh）,并对该材料扣式电池与18650锂离子电池性能进行了测试。结果显示：高镍材料扣式电池首次充放电效率为88.7%;Li氧化覆盖整个氧化峰范围（3.7~5.0V）,同时4.25V时Ni 2＋/Ni 4＋电对氧化,5.0V处为Co3＋/Co4＋的氧化,并且反应开始时优先发生Ni的氧化,随着电位增大,发生Co的氧化。高镍材料18650锂离子电池0.5C、1.0C、2.0C放电容量分别是0.2C时的99.89%、99.26%、97.38%,能够满足电池对于快充快放的使用要求;电池0.5C充电1C放电20周、100周、200周、450周对应容量保持率分别为98.40%、94.74%、87.62%、82.22%。低倍率（0.5C）时,常规结构18650电池与本实验结构电池的散热效果相当,随着放电倍率增大,两种结构散热效果温度差值也增大。     

氧化镍钴锂材料性能的研究及其应用

氧化镍钴锂材料(LiNixCo1-xO2)放电容量比LiCoO2高,材料的安全性比LiNio2好,现成为锂离子电池正极材料研究的热点之一.采用高温固相合成法和溶胶-凝胶法两种方法来制备氧化镍钴锂材料,通过选用不同原料及配比,对合成工艺进行优化,结果表明:采用溶胶-凝胶法制成的LiNi0.8Co0.2o2材料性能明显优于高温固相合成法;采用不同原料制成的LiNi0.8Co0.2O2材料性能有所差异,用氧化镍钴锂材料制成的18650型电池具有良好的电化学性能和安全性能.