LiCoO 2 /C电池循环性能衰减规律及不同条件加速影响研究
发布时间：2020-12-20 18:22
目前,锂离子电池在电动汽车、储能、航天等领域有着广泛应用,并对电池寿命提出了长达1015年的要求。然而,锂离子电池的寿命并不能满足设备需求。为了开发新型长寿命锂离子电池,对电池进行寿命评价十分必要,但是基于实际使用条件下的锂离子电池寿命评价通常需要花费很长的时间。加速老化实验是可以对锂离子电池寿命进行快速评价的方法之一。其中,锂离子电池性能衰减加速应力条件的研究可为锂离子电池寿命的快速评价提供参考,同时为锂离子电池寿命预测提供数据及理论依据。本论文分别以充放电倍率、放电深度（Depth of discharge,DOD）以及环境温度为加速应力条件,对LiCoO2/MCMB电池及LiCoO2/graphite电池进行加速老化实验,通过全电池充放电曲线、放电截止电压、电化学阻抗谱等对不同测试条件下的电池性能衰减原因进行分析。同时,对电池进行拆解,采用扣式半电池对老化前后的单电极电化学性能、活性锂损失等进行定量分析,通过对单电极表面形貌、组成、本体结构等方面的研究对影响单电极性能衰减的因素进行解析。研究环境温度25℃、30%D...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
模拟的化成过程中电池单电极电压与SOC的关系图
第 1 章 绪论在锂离子电池的老化过程中，负极表面 SEI 膜的损坏与修复，以及在极端测试条件下负极表面形成的锂沉积物，均会造成活性锂的不可逆消耗，进一步导致电池可用容量区间向高 SOC 方向移动[70,71]。同时，负极表面 SEI 膜以及锂沉积物的形成均会造成负极性能的衰减，当负极容量衰减至低于正极可用容量时，将造成金属锂的大量沉积，加速电池的容量衰减，并可能引发安全问题[72]。在锂离子电池循环过程中，正极材料不可避免地也将发生性能的衰减，同样对全电池性能的发挥造成影响。根据以上分析，在电池循环过程中，活性材料损失（Loss of active material,LAM）与活性锂损失（Loss of lithium inventory, LLI）是造成电池容量损失的两个因素[73-76]。以上两种方式造成的电池容量损失，根据影响的电极及其锂化程度，可以进一步划分为四种类型，分别为脱锂过程中正极的损失（LAMdePE）、嵌锂过程中正极的损失（LAMliPE）、脱锂过程中负极的损失（LAMdeNE）以及嵌锂过程中负极的损失（LAMliNE），并且描绘了不同衰减类型下不同容量损失比例造成的电池容量衰减情况，结果如图 1-2 所示[69]。
它允许锂离子通过，但阻隔了电解液和电子，因此的进一步分解和电极的腐蚀，这层保护层被叫做固体电解lectrolyte interphase film, SEI film）[84]。通常，SEI 膜的形成分解产物的产生[84]。根据研究报道，SEI 膜的组成较复杂，机物内层（如 Li2CO3、LiF 和 Li2O 等）和多孔的有机物外层2Li 等），无机物层通常为电解质盐的分解产物，有机物层的部分分解产物[85-87]。SEI 膜的厚度通常在几个 到几百个情况下，实际形成的 SEI 膜并不理想，其性质与电极的比表成以及嵌锂电流密度等紧密相关。在长期的循环或者存储过稳定存在的，会不断地发生分解并再次形成，而 SEI 膜在循度与其初始形成的 SEI 膜质量息息相关。 1-3 所示，SEI 膜的不断变化伴随着负极的整个老化过程。过程中，由于锂离子不断的嵌入与脱出，以及正极金属阳离致 SEI 膜的分解破裂，SEI 膜的修复过程造成电解液进一步不可逆消耗[88]。当电池循环条件较差时，负极表面可能会形
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池负极衰减机理的研究进展[J]. 李利淼,吕岩,仝俊利,郭建峰. 电源技术. 2017(02)
[2]基于锂离子电池老化行为的析锂检测[J]. 张剑波,苏来锁,李新宇,葛昊,张雅琨,李哲. 电化学. 2016(06)
[3]锂离子电池大倍率放电热特性研究[J]. 张松通,李萌,邱景义,余仲宝. 电源技术. 2016(11)
[4]动力锂电池的寿命研究综述[J]. 李广地,吕浩华,袁军,李波. 电源技术. 2016(06)
[5]动力锂离子电池循环后的性能分析[J]. 李杨,张娜. 电池. 2016(01)
[6]动力锂电池性能衰减过程内部结构分析研究[J]. 王锋超,赵光金,吴文龙,宋波,赵文武. 电源技术. 2015(09)
[7]锂离子电池日历寿命研究进展[J]. 李新静,张佳瑢,魏引利,刘炎金,丁绍玉. 电源技术. 2015(08)
[8]锂离子电池加速循环新评估方法研究[J]. 曹锦珠,席树存,郭子绮,何鹏林. 安全与电磁兼容. 2014(06)
[9]存储条件对磷酸铁锂锂离子电池性能的影响[J]. 贺狄龙,马冬梅,段雪琴,宋金保. 电池. 2014(04)
[10]空间锂离子电池寿命影响因素以及寿命预计[J]. 王志飞,罗广求. 电源技术. 2013(08)
本文编号：2928335
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
模拟的化成过程中电池单电极电压与SOC的关系图
第 1 章 绪论在锂离子电池的老化过程中，负极表面 SEI 膜的损坏与修复，以及在极端测试条件下负极表面形成的锂沉积物，均会造成活性锂的不可逆消耗，进一步导致电池可用容量区间向高 SOC 方向移动[70,71]。同时，负极表面 SEI 膜以及锂沉积物的形成均会造成负极性能的衰减，当负极容量衰减至低于正极可用容量时，将造成金属锂的大量沉积，加速电池的容量衰减，并可能引发安全问题[72]。在锂离子电池循环过程中，正极材料不可避免地也将发生性能的衰减，同样对全电池性能的发挥造成影响。根据以上分析，在电池循环过程中，活性材料损失（Loss of active material,LAM）与活性锂损失（Loss of lithium inventory, LLI）是造成电池容量损失的两个因素[73-76]。以上两种方式造成的电池容量损失，根据影响的电极及其锂化程度，可以进一步划分为四种类型，分别为脱锂过程中正极的损失（LAMdePE）、嵌锂过程中正极的损失（LAMliPE）、脱锂过程中负极的损失（LAMdeNE）以及嵌锂过程中负极的损失（LAMliNE），并且描绘了不同衰减类型下不同容量损失比例造成的电池容量衰减情况，结果如图 1-2 所示[69]。
它允许锂离子通过，但阻隔了电解液和电子，因此的进一步分解和电极的腐蚀，这层保护层被叫做固体电解lectrolyte interphase film, SEI film）[84]。通常，SEI 膜的形成分解产物的产生[84]。根据研究报道，SEI 膜的组成较复杂，机物内层（如 Li2CO3、LiF 和 Li2O 等）和多孔的有机物外层2Li 等），无机物层通常为电解质盐的分解产物，有机物层的部分分解产物[85-87]。SEI 膜的厚度通常在几个 到几百个情况下，实际形成的 SEI 膜并不理想，其性质与电极的比表成以及嵌锂电流密度等紧密相关。在长期的循环或者存储过稳定存在的，会不断地发生分解并再次形成，而 SEI 膜在循度与其初始形成的 SEI 膜质量息息相关。 1-3 所示，SEI 膜的不断变化伴随着负极的整个老化过程。过程中，由于锂离子不断的嵌入与脱出，以及正极金属阳离致 SEI 膜的分解破裂，SEI 膜的修复过程造成电解液进一步不可逆消耗[88]。当电池循环条件较差时，负极表面可能会形
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池负极衰减机理的研究进展[J]. 李利淼,吕岩,仝俊利,郭建峰. 电源技术. 2017(02)
[2]基于锂离子电池老化行为的析锂检测[J]. 张剑波,苏来锁,李新宇,葛昊,张雅琨,李哲. 电化学. 2016(06)
[3]锂离子电池大倍率放电热特性研究[J]. 张松通,李萌,邱景义,余仲宝. 电源技术. 2016(11)
[4]动力锂电池的寿命研究综述[J]. 李广地,吕浩华,袁军,李波. 电源技术. 2016(06)
[5]动力锂离子电池循环后的性能分析[J]. 李杨,张娜. 电池. 2016(01)
[6]动力锂电池性能衰减过程内部结构分析研究[J]. 王锋超,赵光金,吴文龙,宋波,赵文武. 电源技术. 2015(09)
[7]锂离子电池日历寿命研究进展[J]. 李新静,张佳瑢,魏引利,刘炎金,丁绍玉. 电源技术. 2015(08)
[8]锂离子电池加速循环新评估方法研究[J]. 曹锦珠,席树存,郭子绮,何鹏林. 安全与电磁兼容. 2014(06)
[9]存储条件对磷酸铁锂锂离子电池性能的影响[J]. 贺狄龙,马冬梅,段雪琴,宋金保. 电池. 2014(04)
[10]空间锂离子电池寿命影响因素以及寿命预计[J]. 王志飞,罗广求. 电源技术. 2013(08)
本文编号：2928335
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