锂离子电池高荷电状态下存储老化机理及延寿研究
发布时间：2022-08-13 14:49
锂离子二次电池具有容量高、循环寿命长和倍率性能优异等优势,目前已成为民用和军用设备的重要能量来源。随着武器装备的发展,军用设备对电池的性能,尤其是存储寿命,提出了更高的要求:在高的荷电状态下电池具有10~20年的存储寿命。为制备长存储寿命电池,本论文在总结锂离子电池在高荷电状态下存储过程容量衰减机理的基础上,重点分析了电池的负极SEI膜在锂损失过程中的作用机制,并利用电解液添加剂和预制备功能保护膜的方法对负极界面进行改性,到达抑制电池容量损失、延长存储寿命的目的。论文首先对比了电池存储前后正负极材料及电极-电解液界面的变化,研究表明,正负极材料在到达寿命终点时会存在一定的性能衰减,但导致电池存储后容量损失的主要原因是负极所嵌锂的损失导致,而负极SEI膜的增长为电池存储老化的主要现象。在基于负极锂损失机理的基础上,建立了电池寿命预测机理模型。提出简化后模型参数的估计方法,并利用商业化电池存储实验表明简化模型具有较好的准确性且优于t0.5模型。基于机理模型中电子浓度与容量衰减速率的关系,结合负极锂损失的反应过程分析,提出负极SEI膜对电子的传导过程是锂损失反应的控制步...
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 长存储寿命锂离子电池的研究进展
1.1.1 锂离子电池基本结构
1.1.2 锂离子电池寿命评价研究进展
1.1.3 长存储寿命锂离子电池的研究进展
1.2 锂离子电池存储老化机理研究
1.2.1 锂离子电池负极及其老化机理研究进展
1.2.2 锂离子电池正极及其老化机理研究进展
1.3 负极SEI膜改善研究进展
1.3.1 SEI膜成膜添加剂研究进展
1.3.2 负极功能保护膜研究进展
1.4 选题意义和研究内容
1.4.1 选题依据
1.4.2 主要研究内容
第二章 实验仪器和测试方法
2.1 实验试剂和实验仪器
2.2 全电池制备及存储过程电性能分析
2.2.1 普通电极制备
2.2.2 18650 型电池制备及电性能测试
2.2.3 软包电池制备及电性能测试
2.2.5 电池存储实验测试流程
2.3 半电池制备
2.3.1 纯石墨电极制备
2.3.2 纽扣电池制备及其测试
2.4 电极和材料电化学分析方法
2.4.1 循环伏安测试
2.4.2 交流阻抗法
2.4.3 电导率测试
2.5 电极和材料表面分析测试方法
2.5.1 X射线衍射
2.5.2 扫描电子显微镜
2.5.3 透射和扫描透射电子显微镜
2.5.4 X射线光电子能谱
第三章 电池存储老化机理分析及寿命预测
3.1 电池存储老化速率影响因素分析
3.1.1 电极材料的选择
3.1.2 荷电状态对电池的容量衰减速度的影响
3.1.3 正负极材料对存储老化影响程度分析
3.2 正极的存储老化机理及对电池容量衰减的影响
3.2.1 NCA正极材料在存储前后性能对比分析
3.2.2 NCA-电解液界面存储前后变化分析
3.3 负极的SEI膜及对电池的容量衰减的影响
3.3.1 负极SEI膜的形成过程分析
3.3.2 存储过程中负极SEI膜的变化
3.4 电池存储寿命预测模型建立及寿命预测
3.4.1 寿命预测模型的建立
3.4.2 基于模型的寿命预测与验证
3.5 小结
第四章 电解液添加剂原位调控SEI膜延寿研究
4.1 长寿命负极SEI膜添加剂的选择
4.1.1 SEI膜抑制锂损失机制分析
4.1.2 SEI膜添加剂的选择
4.2 溶剂添加剂原位调控SEI膜延寿研究
4.2.1 溶剂添加剂对负极初始SEI膜的调控
4.2.2 溶剂添加剂对电池初始性能的影响
4.2.3 溶剂添加剂的延寿效果
4.3 锂盐添加剂原位调控SEI膜延寿研究
4.3.1 锂盐添加剂对负极初始SEI膜的调控
4.3.2 锂盐添加剂对电池初始性能的影响
4.3.3 锂盐添加剂延寿效果分析
4.4 最优延寿添加剂电池寿命预测
4.5 小结
第五章 负极功能保护膜延寿研究
5.1 聚合物基电极材料保护膜延寿研究
5.1.1 PVA@石墨负极的制备
5.1.2 PVA@石墨负极的电化学性能
5.1.3 PVA@石墨负极对电池存储性能的影响
5.2 LiPON电极保护膜延寿研究
5.2.1 LiPON-石墨负极的制备
5.2.2 LiPON-石墨负极的电化学性能
5.2.3 LiPON-石墨负极对电池存储性能的影响及其机理
5.3 添加剂复合功能保护膜延寿效果分析
5.4 小结
第六章 结论与展望
6.1 论文研究的主要结论
6.2 论文的主要创新点
6.3 展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录A 简化后模型的参数估计
【参考文献】：
期刊论文
[1]均匀线性介质中电容器漏电电阻与电容的关系[J]. 安宏,张东壁. 工科物理. 1999(05)
博士论文
[1]锂离子电池LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料的合成、改性及储存性能研究[D]. 刘万民.中南大学 2012
本文编号：3677235
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 长存储寿命锂离子电池的研究进展
1.1.1 锂离子电池基本结构
1.1.2 锂离子电池寿命评价研究进展
1.1.3 长存储寿命锂离子电池的研究进展
1.2 锂离子电池存储老化机理研究
1.2.1 锂离子电池负极及其老化机理研究进展
1.2.2 锂离子电池正极及其老化机理研究进展
1.3 负极SEI膜改善研究进展
1.3.1 SEI膜成膜添加剂研究进展
1.3.2 负极功能保护膜研究进展
1.4 选题意义和研究内容
1.4.1 选题依据
1.4.2 主要研究内容
第二章 实验仪器和测试方法
2.1 实验试剂和实验仪器
2.2 全电池制备及存储过程电性能分析
2.2.1 普通电极制备
2.2.2 18650 型电池制备及电性能测试
2.2.3 软包电池制备及电性能测试
2.2.5 电池存储实验测试流程
2.3 半电池制备
2.3.1 纯石墨电极制备
2.3.2 纽扣电池制备及其测试
2.4 电极和材料电化学分析方法
2.4.1 循环伏安测试
2.4.2 交流阻抗法
2.4.3 电导率测试
2.5 电极和材料表面分析测试方法
2.5.1 X射线衍射
2.5.2 扫描电子显微镜
2.5.3 透射和扫描透射电子显微镜
2.5.4 X射线光电子能谱
第三章 电池存储老化机理分析及寿命预测
3.1 电池存储老化速率影响因素分析
3.1.1 电极材料的选择
3.1.2 荷电状态对电池的容量衰减速度的影响
3.1.3 正负极材料对存储老化影响程度分析
3.2 正极的存储老化机理及对电池容量衰减的影响
3.2.1 NCA正极材料在存储前后性能对比分析
3.2.2 NCA-电解液界面存储前后变化分析
3.3 负极的SEI膜及对电池的容量衰减的影响
3.3.1 负极SEI膜的形成过程分析
3.3.2 存储过程中负极SEI膜的变化
3.4 电池存储寿命预测模型建立及寿命预测
3.4.1 寿命预测模型的建立
3.4.2 基于模型的寿命预测与验证
3.5 小结
第四章 电解液添加剂原位调控SEI膜延寿研究
4.1 长寿命负极SEI膜添加剂的选择
4.1.1 SEI膜抑制锂损失机制分析
4.1.2 SEI膜添加剂的选择
4.2 溶剂添加剂原位调控SEI膜延寿研究
4.2.1 溶剂添加剂对负极初始SEI膜的调控
4.2.2 溶剂添加剂对电池初始性能的影响
4.2.3 溶剂添加剂的延寿效果
4.3 锂盐添加剂原位调控SEI膜延寿研究
4.3.1 锂盐添加剂对负极初始SEI膜的调控
4.3.2 锂盐添加剂对电池初始性能的影响
4.3.3 锂盐添加剂延寿效果分析
4.4 最优延寿添加剂电池寿命预测
4.5 小结
第五章 负极功能保护膜延寿研究
5.1 聚合物基电极材料保护膜延寿研究
5.1.1 PVA@石墨负极的制备
5.1.2 PVA@石墨负极的电化学性能
5.1.3 PVA@石墨负极对电池存储性能的影响
5.2 LiPON电极保护膜延寿研究
5.2.1 LiPON-石墨负极的制备
5.2.2 LiPON-石墨负极的电化学性能
5.2.3 LiPON-石墨负极对电池存储性能的影响及其机理
5.3 添加剂复合功能保护膜延寿效果分析
5.4 小结
第六章 结论与展望
6.1 论文研究的主要结论
6.2 论文的主要创新点
6.3 展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录A 简化后模型的参数估计
【参考文献】：
期刊论文
[1]均匀线性介质中电容器漏电电阻与电容的关系[J]. 安宏,张东壁. 工科物理. 1999(05)
博士论文
[1]锂离子电池LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料的合成、改性及储存性能研究[D]. 刘万民.中南大学 2012
本文编号：3677235
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3677235.html
