辐射环境下锂电池电极材料的锂化变形及失效机理研究
发布时间：2020-12-10 01:28
锂离子电池作为一种绿色高效、无污染的储能装置,具有高电压平台、高能量密度和循环寿命长等优点,在航空航天、卫星等空间领域显现了良好的应用前景。但是空间锂离子电池的工作环境实际涵盖了电场、化学场、力场、辐射场等多物理场耦合,一方面,在电场和化学场作用下,锂离子在高容量电极间嵌入和脱出导致严重的体积变形甚至破坏,造成其电化学性能衰退;另一方面,辐射场作用的多变量耦合失效问题更为复杂,严重制约锂离子电池在空天领域的应用。因此,要从根源上认识和解决这一关键科学问题,探究其失效机理是刻不容缓的。为了解决辐射环境下高容量锂离子电池电极材料锂化耦合的力学及电化学失效问题,本文通过辐照实验、电化学性能测试及表征,结合理论分析和有限元模拟,建立金属电极的辐射-电化学耦合塑性模型、基于两相锂化的电极材料辐射-电化学耦合本构关系以及不同辐照剂量下的电极材料电化学失效理论模型,旨在分析不同辐射条件下电极材料锂化过程中的微观结构及应力演化,辐射对锂离子电池电极材料电化学性能的影响。本论文的主要研究工作包括以下几个方面:（1）建立高容量电极材料两相锂化过程的应力演化解析模型,通过一个S函数描述两相锂化的一维浓度分布...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的应用领域
学性能的退化，严重影响飞行器的电力系统，制约其在空间领域晰辐射环境下锂离子电池高容量电极材料的失效机理并对锂离及力学性能进行有效评估是开发高性能电极材料及设计电极结构图 1.1 锂离子电池的应用领域
但是能量密度较低。负极材料一般选用碳、氧化物。隔膜一般选用聚乙烯、多孔聚丙烯隔膜。电(包括，六氟磷锂 (LiPF6)、高氯酸锂 (LiClO4)和四氟硼电池充放电过程中，Li+在正负极之间往复脱嵌，在正合物。充电过程，Li+由正极脱出，经过电解质到达负富锂态，而正极处于贫锂态，与此同时，补偿电荷通态，放电过程则反之。正常充放电过程，锂离子在层氧化物的层间嵌入和脱嵌，只会引起材料的层面间距构，因此，这是一种理想的可逆反应，其原理示意图如oO2/石墨电池为例[14]，其充放电电极反应可表示为：6+xLi++xe LixC6iCoO2 Li1 xCoO2+xLi++xe 6+LiCoO2 Li1 xCoO2+LixC6
【参考文献】：
期刊论文
[1]An Inverse Approach for Extracting Elastic-plastic Properties of Thin Films from Small Scale Sharp Indentation[J]. Z.S.Ma 1,2),Y.C.Zhou 1,2),S.G.Long 1,2) and C.S.Lu 3) 1) Key Laboratory of Low Dimensional Materials & Application Technology of Ministry of Education,Xiangtan University,Xiangtan 411105,China 2) Faculty of Materials,Optoelectronics and Physics,Xiangtan University,Xiangtan 411105,China 3) Department of Mechanical Engineering,Curtin University of Technology,Perth,WA 6845,Australia. Journal of Materials Science & Technology. 2012(07)
[2]三元材料在锂离子动力电池上的应用[J]. 朱广焱,刘雪省,潘磊,蒋宁懿. 电源技术. 2009(07)
[3]甲基磺酸盐电镀锡工艺及镀液性能[J]. 叶晓燕,李立清. 腐蚀与防护. 2007(08)
[4]锂电池发展简史[J]. 黄彦瑜. 物理. 2007(08)
[5]空间飞行器用锂离子蓄电池储能电源的研究进展[J]. 安晓雨,谭玲生. 电源技术. 2006(01)
[6]影响锂离子电池安全性的因素[J]. 胡广侠,解晶莹. 电化学. 2002(03)
[7]锂离子电池正极材料锰酸锂合成的动力学[J]. 赵铭姝,翟玉春,田彦文. 物理化学学报. 2002(02)
[8]锂离子电池正极材料研究进展[J]. 吴川,吴锋,陈实,王国庆. 电池. 2000(01)
[9]锂离子电池技术在航天领域的应用[J]. 王东,李国欣,潘延林. 上海航天. 2000(01)
[10]辐照对锂陶瓷材料电导率的影响[J]. 毛世奇,Ａ．Ｎ．Ｋｒｕｔｉａｋｏｖ,Ｅ．Ｉ．Ｓａｕｎｉｎ,Ｖ．Ｖ．Ｇｒｏｍｏｖ. 原子能科学技术. 1998(05)
本文编号：2907830
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的应用领域
学性能的退化，严重影响飞行器的电力系统，制约其在空间领域晰辐射环境下锂离子电池高容量电极材料的失效机理并对锂离及力学性能进行有效评估是开发高性能电极材料及设计电极结构图 1.1 锂离子电池的应用领域
但是能量密度较低。负极材料一般选用碳、氧化物。隔膜一般选用聚乙烯、多孔聚丙烯隔膜。电(包括，六氟磷锂 (LiPF6)、高氯酸锂 (LiClO4)和四氟硼电池充放电过程中，Li+在正负极之间往复脱嵌，在正合物。充电过程，Li+由正极脱出，经过电解质到达负富锂态，而正极处于贫锂态，与此同时，补偿电荷通态，放电过程则反之。正常充放电过程，锂离子在层氧化物的层间嵌入和脱嵌，只会引起材料的层面间距构，因此，这是一种理想的可逆反应，其原理示意图如oO2/石墨电池为例[14]，其充放电电极反应可表示为：6+xLi++xe LixC6iCoO2 Li1 xCoO2+xLi++xe 6+LiCoO2 Li1 xCoO2+LixC6
【参考文献】：
期刊论文
[1]An Inverse Approach for Extracting Elastic-plastic Properties of Thin Films from Small Scale Sharp Indentation[J]. Z.S.Ma 1,2),Y.C.Zhou 1,2),S.G.Long 1,2) and C.S.Lu 3) 1) Key Laboratory of Low Dimensional Materials & Application Technology of Ministry of Education,Xiangtan University,Xiangtan 411105,China 2) Faculty of Materials,Optoelectronics and Physics,Xiangtan University,Xiangtan 411105,China 3) Department of Mechanical Engineering,Curtin University of Technology,Perth,WA 6845,Australia. Journal of Materials Science & Technology. 2012(07)
[2]三元材料在锂离子动力电池上的应用[J]. 朱广焱,刘雪省,潘磊,蒋宁懿. 电源技术. 2009(07)
[3]甲基磺酸盐电镀锡工艺及镀液性能[J]. 叶晓燕,李立清. 腐蚀与防护. 2007(08)
[4]锂电池发展简史[J]. 黄彦瑜. 物理. 2007(08)
[5]空间飞行器用锂离子蓄电池储能电源的研究进展[J]. 安晓雨,谭玲生. 电源技术. 2006(01)
[6]影响锂离子电池安全性的因素[J]. 胡广侠,解晶莹. 电化学. 2002(03)
[7]锂离子电池正极材料锰酸锂合成的动力学[J]. 赵铭姝,翟玉春,田彦文. 物理化学学报. 2002(02)
[8]锂离子电池正极材料研究进展[J]. 吴川,吴锋,陈实,王国庆. 电池. 2000(01)
[9]锂离子电池技术在航天领域的应用[J]. 王东,李国欣,潘延林. 上海航天. 2000(01)
[10]辐照对锂陶瓷材料电导率的影响[J]. 毛世奇,Ａ．Ｎ．Ｋｒｕｔｉａｋｏｖ,Ｅ．Ｉ．Ｓａｕｎｉｎ,Ｖ．Ｖ．Ｇｒｏｍｏｖ. 原子能科学技术. 1998(05)
本文编号：2907830
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