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。     

圆柱形LiFePO4锂离子电池高温循环失效分析

研究商用15 Ah圆柱形LiFePO₄锂离子电池高温(55℃)循环老化的衰减机理,主要分析循环后电池负极片出现的波浪形异常区域。通过SEM、X射线能量色散谱(EDS)、XRD和傅里叶红外变换光谱(FT-IR),分析相关区域的形貌、结构及组分。对石墨/Li半电池进行充放电和电化学阻抗谱(EIS)测试,研究该区域的电化学性能。异常区域被富含F、P、S和O元素的副产物覆盖,该沉积层增大了石墨嵌脱锂的阻抗,降低了负极的比容量。高温循环加速负极表面的副反应,覆盖在负极表面的副产物导致该区域出现,是电池高温循环容量衰减的原因之一。     

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%。     

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。     

Si/AG/C复合负极材料的制备及性能研究

以硅、人造石墨和蔗糖为原料,通过高温裂解法制备了硅/石墨/碳复合材料作为锂离子电池负极材料。用扫描电子显微镜法(SEM)和X射线衍射光谱法(XRD)分析材料的形貌和结构,复合材料制备成电极后,通过恒流充放电、循环伏安(CV)和电化学交流阻抗频谱(EIS)测试其电化学性能。结果表明:裂解碳将石墨和硅紧密包裹,高温后硅和石墨仍为晶体结构;在600~900℃,复合材料脱锂比容量随温度升高而增加,首次脱锂比容量在1 000~1 100 mAh/g,复合材料循环40次后比容量保持在418~543 mAh/g。紧箍包裹结构的硅/石墨/碳复合材料兼有石墨循环性好和硅容量高的特点。     

软碳快充锂离子电池衰减机理研究

采用商业化LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3(NCM523)正极与软碳负极组装1 A软包全电池,测试5 C循环性能。全电池在2.5～4.2 V的电压范围内5 C循环3 000次后仍然呈现出84%的容量保持率。将循环250、1 000、3 000次的全电池进行拆解,详细研究了电池衰减过程中材料的变化。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱显示循环后正负极材料没有明显的结构形貌改变,尤其是3 000次循环后正极表面仍然具有层状结构特征,但是正极的晶体结构有序性下降。结合电化学阻抗谱(EIS)分析可得,负极表面固体电解质界面膜(SEI)的持续生长是电池衰减的主要原因,正极材料结构不断被破坏是电池衰减的次要原因。     

锂离子电池用硅基复合负极材料的性能研究

选用比容量较高的氧化亚硅材料配合石墨作为负极,考察氧化亚硅含量对材料电化学性能及其表面成膜和形貌的影响。实验结果表明:增大氧化亚硅含量可有效提高材料的比容量,但其表面较难形成稳定的SEI膜,不可逆损失增大;5%氧化亚硅的LFP/SiO-C软包电池采用较小的充电电流进行循环测试,负极嵌锂过程减缓,可以有效改善SEI膜生成状况,电池经100次循环,膨胀率为102.7%,150次循环时,其容量保持率可达88.27%。     

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。     

膨胀石墨作为锂离子电池负极材料的研究

报道了以超低温膨胀石墨作为锂离子电池负极材料的研究。采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及氮气吸脱附测试(BET)对其物相、表面形貌及结构进行表征;利用恒电流充/放电对其电化学性能进行了测试。结果表明:超低温膨胀石墨呈现出蜂窝状多孔结构,比表面积为54 m~2/g。该材料表现出较好的脱/嵌锂容量和良好的循环性能,在100 m A/g的电流密度下,首次可逆比容量达到410 m Ah/g;循环220次后,比容量仍能维持在400 m Ah/g,容量保持率高于95%,是一种具有很好应用前景的储锂负极材料。     

碳纳米管用于锂离子电池负极材料

采用碳纳米管(CNTs)作为锂离子电池负极材料的添加剂,测试了负极材料的电化学性能。结果表明:添加2%(质量比)的CNTs,使负极材料的首次充、放电容量分别提高29.4 mAh/g和45.1 mAh/g,经20次循环,容量未见衰减。这是由于CNTs具有较大的比表面积和较高的储锂能力。     

Electrochemical characteristics of phosphorus doped silicon and graphite composite for the anode materials of lithium secondary batteries

Poly-crystalline silicon particles with a diameter of 80～100 nm were synthesized by the plasma arc discharge method. Natural graphite, poly-crystalline silicon, poly-crystalline silicon/graphite composite and phosphorus doped poly-crystalline silicon/graphite composite particles were used as the anode materials of lithium secondary batteries and their electrochemical performances were compared. The phosphorus component on the surface and internal structure of the silicon particles were observed by XPS and SIMS analyses, respectively. In our experiments, the phosphorus doped silicon/graphite composite electrode exhibited better cycle performance than the intrinsic silicon/graphite composite electrode. The discharge capacity retention efficiency of the intrinsic silicon/graphite composite and phosphorus doped silicon/graphite composite electrodes after 20 cycles were 8.5% and 75%, respectively. The doping of phosphorus leads to an increase in the electrical conductivity of silicon, which plays an important role in enhancing the cycle performance. The incorporation of silicon into graphite has a synergetic effect on the mitigation of the volume change and conducting medium in the composite electrode during the charge–discharge reaction.     

原位复合制备Li4Ti5O12包覆石墨及电性能研究

以醋酸锂、钛酸丁酯为原料,乙醇为溶剂,采用原位复合法制备Li4Ti5O12包覆石墨新型负极材料,记为LTO-Go采用扫描电镜( SEM)、能谱分析(EDS)、电化学和交流阻抗测试对LTO-G进行表征.结果表明石墨表面包覆了一层Li4Ti5O12,使得首次的可逆容量和库仑效率达到346.2 mAh/g和94％,分别比原始...     

表面镀膜对锂离子电池石墨负极电化学性能的影响

为了提高锂离子电池石墨负极的电化学性能,采用镀膜法对极片进行表面处理。结果表明:镀层TiN的存在减少了电极在首次充放电过程中形成的SEI膜的量,从而减少了活性物质和电解液的损失,提高了电池的充放电容量10%左右;TiN与SEI膜在电极表面共同形成的钝化膜要优于单纯的SEI膜,前者更有利于电池可逆容量和充放电效率的提高。     

电动车用锂离子电池负极材料研制

介绍了天然石墨与人工石墨表面包覆及粉末颗粒预处理等改性处理方法及其材料性能.石墨材料通过改性处理,可以有效降低其比表面积和首次充放电不可逆容量,并可提高材料密度和比容量,特别是改性处理后的人工石墨具有更小的比表面积、更长的充放电循环寿命,用于电动车用大容量锂离子电池,具有容量高、大电流放电性能好、材料成本低的优势.     

全铬液流电池的电性能研究

介绍了以铬元素体系为基础制备的液流铬电池。用铬酸酐和硫酸配制正极电解液,以硫酸铬和硫酸配制负极电解液,并对实验室液流全铬电池进行了充放电实验。结果表明,全铬液流电池容量大约是传统Fe-Cr液流电池的6倍。对不同表面特性的碳棒电极进行了实验,表明热处理工艺并不能提高碳棒电极上电化学反应的可逆性,而经过重铬酸钾处理的碳棒电极不但电化学反应的可逆性有一定程度提高,而且在充放电过程中腐蚀程度显著降低。     

复合负极锂离子电池的低温充电性能

相比人造石墨,软碳具有更好的低温循环性能.考察软碳与人造石墨复合负极材料在三元材料/人造石墨-软碳体系中的低温循环性能.使用软碳与人造石墨(质量比3∶7)复合材料的电芯,在-20℃下以1.0 C于2.5～4.2 V循环25次,放电容量恢复至初始容量的48.20％,高于使用人造石墨的34.73％.分析低温充电曲线可知,使...     

锂离子电池用石墨材料的结构与性能研究

研究了锂离子电池用石墨材料的结构与物理及化学特性对其电化学性能的影响。采用XRD、BET、ICP、激光粒径分析等方法 ,对多种典型石墨样品的结构、比表面积、杂质含量、粒径分布进行了表征分析。随着石墨颗粒粒径的增大 ,石墨试样的比表面积减小。电化学性能测试表明 :在石墨材料的石墨化度非常接近的情况下 ,粒径和比表面积对电化学性能的影响较为突出 ,粒径较大及比表面积较小的石墨材料具有较好的充放电性能。试样D具有较高的可逆容量 ( 2 62mAh/g)和较低的不可逆容量损失 ( 85mAh/g) ,首次充放电效率为 75 .5 % ,适用作锂离子电池负极的原材料