锂离子电池失效分析—过渡金属溶解沉积及产气研究

发布时间：2022-12-11 21:32

　　失效分析是锂离子电池前期基础研发和后期故障分析中的关键步骤,然而由于电池失效原因众多且导致电池失效的各因素之间相互关联耦合,诸多电池内部的微观失效机制尚不明确;另一方面,复杂的电池微观失效机制与电池宏观失效行为和准确量化的样品制备方法与测试分析方法的缺失导致建立合理的失效分析流程极具挑战。本论文使用本组失效分析团队建立的失效分析流程以及新开发的定量测试分析方法,细致研究了LiFePO₄/石墨全电池容量衰减的原因;同时针对电池失效过程中普遍存在的过渡金属溶解-沉积问题以及电池充放电过程中的产气问题,分别开发了相应的定量测试分析方法,主要以LiMn₂O₄正极材料为例对Mn的溶解-沉积和电池产气问题进行了细致的研究。论文的主要内容包括:（1）LiFePO₄/石墨全电池容量衰减失效机制研究。开发了一种针对商业电池中双面涂覆电极容量精确测量的样品制备方法。实验结果显示采用该方法所制备极片所测量的容量误差小于0.5%,优于传统的擦拭法和双面极片直接测量法。LiFePO₄/石墨全电池容量衰减... 

【文章页数】：175 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 锂离子电池失效分析简介
        1.1.1 锂离子电池失效分析的重要性
        1.1.2 锂离子电池失效的现象
        1.1.3 锂离子电池失效的机理
    1.2 过渡金属溶解沉积研究
        1.2.1 正极过渡金属溶解研究
        1.2.2 负极过渡金属沉积研究
    1.3 锂离子电池产气研究
        1.3.1 电池产气机理研究
        1.3.2 电池产气研究方法
    1.4 本论文的选题依据及主要研究内容
第2章 LiFePO_4/石墨全电池容量衰减失效机制研究
    2.1 本章引言
    2.2 锂离子电池失效分析的流程与方法
    2.3 面容量准确测量方法的开发
        2.3.1 擦拭法刮出单面电极
        2.3.2 直接使用双面极片
        2.3.3 双面电极标准化处理
    2.4 LiFePO_4/石墨容量衰减失效分析
        2.4.1 无损分析
        2.4.2 拆解标记
        2.4.3 容量衰减机理的定性分析
        2.4.4 容量衰减机理的定量分析
    2.5 失效分析中过渡金属溶出沉积和产气的现象
    2.6 本章小结
第3章 LiMn2O_4中过渡金属溶解规律和机理研究
    3.1 本章引言
    3.2 电解液中过渡金属含量准确测定方法的开发
        3.2.1 电解液中Mn离子的UV-vis响应特点
        3.2.2 电解液中Mn离子与UV-vis峰强的对标
        3.2.3 UV-vis方法的适用性
    3.3 LiMn2O_4在不同电位下的溶解规律和价态
        3.3.1 LiMn2O_4在不同电位下的溶解规律
        3.3.2 LiMn2O_4在不同电位下的溶解价态
    3.4 LiMn2O_4在不同电位下的溶解机理
        3.4.1 LiMn2O_4溶解的实验表征
        3.4.2 LiMn2O_4溶解的理论计算
    3.5 LiMn2O_4在原位充放电过程中的溶解规律
        3.5.1 原位比色皿电池的设计
        3.5.2 LiMn2O_4/Li原位充放电过程中Mn的溶解规律
    3.6 本章小结
第4章 过渡金属溶解沉积行为及其影响的研究
    4.1 本章引言
    4.2 发生Mn溶解沉积的电解液和电极样品的制备
        4.2.1 全电池的容量匹配
        4.2.2 密封叠片模型全电池的设计
        4.2.3 密封叠片模型全电池的高温存储和循环实验
    4.3 发生Mn溶解沉积后电解液和极片的性质
        4.3.1 存储和循环电解液的性质
        4.3.2 存储和循环极片的性质
    4.4 Mn溶解沉积对正负极半电池性能的影响
        4.4.1 扣电循环前的电化学性能
        4.4.2 扣电的循环性能
        4.4.3 扣电拆解后极片的性质
    4.5 本章小结
第5章 锂离子电池产气的初步研究
    5.1 本章引言
    5.2 DEMS模型电池的设计方案
        5.2.1 DEMS模型电池和进样方式的发展历史
        5.2.2 液态和固态DEMS模型电池的设计
    5.3 液态电池的产气研究
    5.4 固态电池的产气研究
        5.4.1 电池的组装和测试
        5.4.2 LiMn2O_4/PEO/Li的产气研究
    5.5 本章小结
第6章 总结
    6.1 主要结论
    6.2 主要创新点
    6.3 研究中的不足
    6.4 失效分析的展望
参考文献
个人简历及发表文章目录
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Improved electrochemical performance of Li(Ni0.6Co0.2Mn0.2)O2 at high charging cut-off voltage with Li1.4Al0.4Ti1.6（PO4）3 surface coating[J]. 王怡,刘柏男,周格,聂凯会,张杰男,禹习谦,李泓.  Chinese Physics B. 2019(06)
[2]锂电池失效分析与研究进展[J]. 王其钰,王朔,周格,张杰男,郑杰允,禹习谦,李泓.  物理学报. 2018(12)
[3]锂离子扣式电池的组装,充放电测量和数据分析[J]. 王其钰,褚赓,张杰男,王怡,周格,聂凯会,郑杰允,禹习谦,李泓.  储能科学与技术. 2018(02)
[4]锂离子电池失效分析概述[J]. 王其钰,王朔,张杰男,郑杰允,禹习谦,李泓.  储能科学与技术. 2017(05)
[5]储能技术领域发表文章和专利概览综述[J]. 王朔,周格,禹习谦,李泓.  储能科学与技术. 2017(04)
[6]锂离子电池基础科学问题（XV）——总结和展望[J]. 李泓.  储能科学与技术. 2015(03)
[7]锂电池基础科学问题（Ⅰ）——化学储能电池理论能量密度的估算[J]. 彭佳悦,祖晨曦,李泓.  储能科学与技术. 2013(01)
[8]聚合物锂离子电池不同化成电压下产生气体的研究[J]. 黄丽,金明钢,蔡惠群,郑明森,董全峰,尤金跨,林祖赓.  电化学. 2003(04)



本文编号：3719538