空间用锂离子电池储存寿命衰降机理分析

锂离子电池在存储的过程中由于界面副反应的存在,会导致活性Li的消耗和内阻的增加(界面膜增厚),引起锂离子电池可逆容量的损失。分析表明,空间用NCA/石墨高比能电池在3.5 V状态下存储1年,正极容量损失仅为1%,倍率性能没有受到影响。负极在存储过程中电解液会在其表面发生分解,使负极的接触阻抗和电荷交换阻抗增加50%左右,对电池倍率性能产生一定的影响,但可逆容量没有降低,3.5 V存储会造成电池轻微容量降低和倍率性能下降。     

粘结剂含量对硅基负极材料循环性能的影响

通过优化粘结剂在锂离子电池电极中的质量分数,使纳米硅作为锂离子电池负极材料的可逆比容量和循环寿命达到最优。电化学性能测试采用双电极扣式电池进行,实验结果表明:当粘结剂的质量分数为20%和导电剂的质量分数为10%时,以纳米硅为负极材料的锂离子电池可逆比容量达到1 440 m Ah/g,首次库仑效率为47.9%,5次循环后容量保持率为14%。     

新型聚合物锂离子蓄电池的性能和失效机理

使用现场聚合电解质制备了聚合物锂离子蓄电池,与其它方法相比具有简单的制作工艺。制备的聚合物锂离子蓄电池经过1 C循环150次后,C / 5容量仍超过80%,具有光明的应用开发前景。交流阻抗谱研究表明,随着循环次数的增加,电池的阻抗不断增加。电解质降解造成的不可逆容量和阻抗增加是电池失效的主要原因。     

LiMn2O4在聚合物锂离子蓄电池中的高温性能

在电解液中的溶解是尖晶石LiMn2O4高温不可逆容量损失的主要原因。聚合物锂离子蓄电池结构特点及聚合物材料与电解液相互作用可以影响高温下尖晶石LiMn2O4在电解液中的溶解及扩散行为,降低尖晶石LiMn2O4的不可逆容量损失。使用尖晶石LiMn2O4为正极活性材料,利用厦门大学宝龙电池研究所聚合物锂离子蓄电池中试生产线,在特定的工艺条件下制备容量为600mAh的实验电池。实验表明,在聚合物锂离子蓄电池中LiMn2O4材料高温稳定性明显改善,实验电池在常温下循环200次,容量保持率在80%以上;55℃下循环30次,容量保持率超过92%;70℃下循环10次,容量保持率达到96%。     

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。     

LiMn_2O_4石墨烯包覆及掺杂Mg~(2+)的研究

使用Mg2+掺杂LiMn2O4获得黑色正极材料,并用石墨烯进行表面包覆处理,获得掺杂、包覆锂离子电池正极材料,用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)、倍率充放电对材料进行表征。实验结果表明:掺杂Mg2+材料为尖晶石结构,结晶度增加;表面为球形结构,增强电池安全性;包覆材料的电池大电流充放电性能增加,可逆比容量增加;在倍率充放电电流为0.2C时,包覆质量分数为2%的石墨烯(GO)放电比容量为107mAh/g。包覆材料改善了电池的循环性能,在倍率充放电电流为0.2C时,54次循环后,其可逆比容量为92mAh/g,容量保持率为92.12%。     

低温环境下相变储能材料在蓄电池中的应用

目的,研究相变储能材料(PCESMs)在蓄电池中的应用方法和对蓄电池低温性能的影响;方法,对使用了三种不同相变储能材料的电池和普通电池进行低温容量测试、低温循环测试和局部温度对比。分析了低温欠充条件下蓄电池容量和局部温度变化,并研究了相变储能材料对蓄电池低温性能产生影响的原因;结果,使用相变储能材料后,蓄电池在-20℃的容量比普通电池高20%,-28℃低温欠充循环110次后的容量比普通电池高8%,循环过程中的局部平均温度比普通电池高5.4℃;结论:相变储能材料无需额外耗能,可有效提升蓄电池的低温容量和低温欠充循环性能。     

LiFePO薄膜的制备及其性质研究

以醋酸锂、硝酸铁、磷酸二氢铵为原料,采用溶胶-凝胶法制备锂离子薄膜电池正极材料LiFePO薄膜。用X射线衍射、红外光谱、扫描电镜等分析了薄膜的物相和表面形貌。用循环伏安法扫描、恒电流充放电和交流电阻抗技术研究LiFePO薄膜的电化学性能。结果表明该法于700℃制备的LiFePO4薄膜比容量为145mAh·g-1,经20次循环后的每次循环容量损失为0.07%,薄膜具有良好的循环性能。交流阻抗表明锂离子在薄膜中的扩散系数为4.2×10-14cm·2s-1,说明锂离子在薄膜中具有较快的扩散速度。     

电解液添加剂对锂离子蓄电池循环性能的影响

为了改善锂离子蓄电池的循环性能 ,在EC/DEC/1.0mol/LLiClO4 电解液体系中加入微量添加剂苯甲醚。以Li金属和改性石墨为电极材料 ,循环性能测试结果表明 ,苯甲醚的加入 ,使电池的可逆比容量和充放电效率均得到提高 ,且可逆比容量的衰减速度减慢。用FTIR对首次离子嵌入过程结束后的石墨电极表面SEI(SolidElectrolyteInterface)进行组成分析 ,发现加入苯甲醚后 ,电极表面SEI中的RCO3Li含量明显减少 ,但Li2 CO3 基本不变 ,并发现有新的产物CH3OLi生成。根据以上分析结果 ,提出了苯甲醚对锂离子电池循环性能的影响机理 :在Li+嵌入石墨电极的初次过程中 ,苯甲醚和EC、DEC的还原分解产物RCO3Li发生基团交换反应 ,生成CH3OLi ,该产物能有效提高石墨电极表面SEI的稳定性 ,减少锂离子嵌入石墨过程中引起的溶剂分子共嵌入 ,从而改善电池的循环性能。     

锂离子蓄电池用正极LiNi0.8Co0.2O2的研究

总结了聚合物锂离子蓄电池正极材料的研究现状,通过研究提出了一种新型正极改性材料LiNi0.8Co0.2O2的制备工艺,该材料在聚合物锂离子蓄电池中的应用研究表明,LiNi0.8Co0.2O2改善了材料的放电性能并降低了电池成本。本研究将凝胶-溶胶法和喷雾干燥法相结合,采用高分子化合物RB-1(由多元有机酸和高分子聚合物例如明胶和淀粉等组成)来调整溶胶体,结合煅烧过程中对温度和时间的控制,研究出溶胶-喷雾干燥-煅烧的制备工艺。实验以差热分析-热重分析(DTA-TGA)法来分析喷雾干燥的过程和作用,以X射线衍射(XRD)分析材料的结构,以容量测试来分析材料的放电性能。所得LiNi0.8Co0.2O2具有优良的层状结构,应用于聚合物锂离子蓄电池中,可使电池的可逆比容量达到180mAh/g,并保持良好的稳定性和循环寿命。     

高可逆比容量锡基负极的性能

采用液相法制备锂离子电池SnCo合金极材料.XRD结果显示其具有一定的无定形态.电化学测试表明:SnCo合金电极的首次充电比容量为822 mAh/g,40次循环后的容量保持率为88%,80次循环后的容量保持率为80%.该材料中的金属Co含量为10.8%,使SnCo合金材料有望成为实用化高比容量锂离子电池负极材料.     

尖晶石型Li0.9Mg0.05Mn1.95O4的合成及其性能

为了提高尖晶石型LiMn2O4材料的循环性能,采用掺杂金属的高温固相合成法合成了尖晶石型Li0.9Mg0.05Mn1.95O4材料,并以该材料作正极材料,中间相炭微球(MCMB)为负极材料,组装成562247型方型锂离子蓄电池。测试结果表明,750 ℃下烧结的尖晶石型Li0.9Mg0.05Mn1.95O4循环性能最好。在室温下,1 C充放电时电池比能量为83 Wh/kg和195 Wh/L,实际电池中所制材料比容量可达85 mAh/g,循环300次后电池的可逆容量变化很小。另外,还对电池的储存性能、倍率充放电性能及高低温性能进行了研究。     

高可逆比容量锡负极循环性能的改善

为了改善锂离子蓄电池中高比容量锡负极的循环性能 ,采用多孔结构、高比表面积的多孔碳材料为载体制备得到Sn/PC复合材料。电化学测试表明 :用该类复合材料制备的电极表现出良好的锂嵌脱能力 ,循环性能比锡类电极有显著提高 ,其循环性能和可逆比容量与复合电极中锡的含量密切相关。第二次循环后复合电极充放电效率接近 10 0 % ,具备较好的充放电倍率特性和较低的嵌、脱锂电位。制备出的复合材料能防止锡嵌、脱锂过程产生的严重体积效应 ,从而提高电极循环性能 ,为锂离子蓄电池中合金类高比容量负极材料的实用提供了崭新的思路     

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。     

不同电极面密度锂离子电池的容量衰减机理

采用3种电极面密度(其中正极面密度分别为11.0 mg/cm2、14.0 mg/cm2和17.0 mg/cm2)组装成以磷酸铁锂(LiFe-PO4)为正极活性材料的锂离子动力电池,考察了常温循环性能.用交流阻抗、XRD和SEM等方法分析了容量衰减的机理,发现3种电池常温循环性能差别的原因,主要是电池可逆锂损失的程度不同...     

锂离子电池电极材料加工中的粉体技术

介绍了锂离子电池电极材料加工中的粉体技术,讨论了不同电极材料在锂离子电池中的应用,详细论述了正极材料LiCoO2和负极材料天然石墨的粒径以及负极材料的形状对锂离子电池性能的影响.锂离子电池的充放电容量随着LiCoO2和天然石墨粒径的减小而增加,天然石墨的球形化处理能提高负极的填充密度,进一步提高锂离子电池的体积比容量和循环性能;此外,适当的碾压工艺以及多种电极材料的混合使用也能提高锂离子电池的性能.     

三元动力锂离子电池低温容量失效分析

为探究动力锂离子电池的低温特性,对比制造工艺相同但低温性能差异较大(A组性能较好)的A、B两组三元动力锂离子电池在低温(-35℃)条件下的容量差异。建立“电池-材料”联动分析方法,从内部材料微观特征分析电池低温容量失效的原因。三元正极材料结构是影响电池低温容量的关键因素。与A组相比,B组电池的正极材料颗粒结构松散,经过低温放电后,颗粒表面出现裂纹,导致B组正极材料在低温放电过程中活性Li⁺损失、固体电解质相界面(SEI)膜阻抗增加、材料电导率差,继而导致低温容量失效。     

基于电化学模型的锂离子电池寿命预测分析

锂离子电池在循环过程中由于持续的界面副反应，会引起容量衰降和内阻增加。为了缩短寿命测试时间，提高电池开发迭代速度，基于P2D模型和EC在负极表面分解的机理构建了锂离子电池寿命预测模型，通过18650电池循环寿命测试数据验证，该模型对于100%放电深度(DOD)循环容量保持率的预测误差小于2%，能够利用少量的寿命测试数据对电池的长期寿命进行快速预测。     

PAANa对锂离子电池正极性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜、接触角测试和恒流充放电、电化学阻抗、循环伏安等方法研究了聚丙烯酸钠作为分散剂对锂离子电池正极性能的影响.结果发现,0.2%质量含量的聚丙烯酸钠加入锂离子电池正极材料中时的分散性最好,能有效地抑制活性颗粒团聚,正极浆料静置稳定性增加,放电比容量也从1381 mAh/g提高到了143.2 mAh/g,循环稳定性增强;而且使电极表面润湿性增加.     

锂离子蓄电池不同循环状态的过充行为

研究了额定容量720mAh铝塑膜包装的锂离子蓄电池过充安全性和充放电循环状态的关系。循环测试表明:循环初期内阻逐渐增加,到一定次数后突然增大。过充电测试有如下结果:对1C、12V过充,循环100次后的电池在测试时呈现不安全性;而对3C、12V过充实验,电池循环25次后测试即不安全。电池不安全行为主要是由于随着循环进行LiCoO2的晶格内部应力增大导致结构变形,活性颗粒开裂粉化,同时界面阻抗增加使得电池内部的焦耳热和副反应产生的热不断积累,使得热产生速率大于热散逸速率,最终导致电池热失控,并出现起火。