锂离子电池的相关设计与性能研究

发布时间：2017-06-09 08:02

  本文关键词：锂离子电池的相关设计与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锂离子电池具有高比能量、寿命长、绿色低碳等优点,在电动汽车、电子消费品市场等逐步得到广泛应用。回顾锂离子电池的发展史,也是锂离子电池不断向着高比容量、长循环寿命和高安全性改进的过程。然而不合理的电池设计和滥用,则会很容易引发和导致电池内部的热失控,导致着火、爆炸等不安全事故的发生。因此提高锂离子电池的安全性和长寿命是今后锂离子电池发展过程中必须高度重视的课题之一。本文主要从电池的性能设计和结构设计两个方面的影响因素着手,对锂离子电池进行优化设计。选用目前实验研究比较多的NCA作为正极材料,硅碳作为负极材料,用叠片工艺制成锂离子动力电池。从以下几个方面研究电池设计对锂离子电池性能的影响:⑴通过研究负极/正极容量配比对锂离子电池性能的影响,选择合适的N/P比,结果发现当N/P=1.2时电池的循环性能最佳;选用实验室常用的二元和三元电解液体系,研究不同电解液体系对锂离子电池性能的影响,通过实验分析发现二元和三元电解液体系对于实验电池性能的影响不是很明显。⑵对软包装锂离子电池采用的叠片工艺进行优化,通过改变极耳的位置研究锂离子电池的充放电性能和循环性能,进一步优化得到合理的极耳位置以提高锂离子电池的安全性能和循环寿命。通过实验研究得到,极耳位置对实验电池的性能有较大影响,极耳位置在同侧的电池的性能表现最差,极耳位置位于两侧的电池性能表现较好。⑶通过改变电池长宽比的设计来分析锂离子电池尺寸对电池性能的影响,从而得到合理的电池尺寸以提高锂离子电池的活性物质的利用率。通过实验研究得到改变电池的尺寸对实验电池的性能影响不显著,但是对极耳位置在同侧的电池的影响大于对极耳位置在两侧的电池影响。⑷研究极片尺寸和极耳引出方式对锂离子电池的复合影响,分析电池性能衰减的影响因素,发现极耳位置和电池尺寸会影响到电池内部活性物质的利用率,对材料结构造成破坏,甚至影响到电池的其他性能。通过对比研究选出安全性能高和循环性能好的的B种设计方式,为锂离子动力电池的设计提供技术参考。
【关键词】：锂离子电池 电池设计 电化学性能 电池寿命 安全性能
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 锂离子电池的发展11-12
• 1.2 锂离子电池的工作原理12-13
• 1.3 锂离子电池的结构13-15
• 第2章 锂离子动力电池性能影响因素分析15-26
• 2.1 锂离子电池的安全问题15
• 2.2 材料对锂离子动力电池性能的影响15-20
• 2.2.1 正极材料15-17
• 2.2.2 负极材料17-19
• 2.2.3 电解液19-20
• 2.2.4 隔膜20
• 2.3 电池制造工艺及制造过程对电池性能的影响20-22
• 2.4 电池设计对锂离子电池性能的影响22-23
• 2.5 使用条件对锂离子电池安全性的影响23-24
• 2.6 本课题的提出与研究内容24-26
• 2.6.1 课题的研究意义24-25
• 2.6.2 课题的研究内容25-26
• 第3章 实验技术与仪器26-32
• 3.1 实验试剂及材料26-27
• 3.2 实验仪器27
• 3.3 实验技术27-29
• 3.3.1 扫描电子显微镜测试27-28
• 3.3.2 X射线衍射法28
• 3.3.3 电池充放电性能测试28-29
• 3.4 电池制备工艺29-32
• 3.4.1 锂离子电池制备工艺流程图29
• 3.4.2 锂离子电池的制备过程29-32
• 第4章 电池关键工艺对锂离子电池性能的影响32-40
• 4.1 LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品的结构和形貌32-33
• 4.2 LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品的电化学性能测试33-34
• 4.2.1 LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品的充放电曲线33-34
• 4.2.2 LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2样品的循环性能34
• 4.3 负极材料结构和性能34-37
• 4.3.1 硅碳负极材料的结构与形貌34-35
• 4.3.2 硅碳负极材料的电化学性能研究35-37
• 4.4 不同电解液体系对电池的电化学性能影响37
• 4.5 不同正负极容量比的电化学性能研究37-40
• 第5章 电池结构设计对锂离子动力电池电化学性能影响研究40-50
• 5.1 设计原理40-42
• 5.2 四种设计电池实体图42-43
• 5.3 不同极耳引出方式对电池性能的影响43-46
• 5.4 不同长宽比对电池性能的影响46-48
• 5.5 极耳引出方式和长宽比的综合因素对电池性能的影响48-49
• 5.6 温度对电池性能的影响49-50
• 第6章 电池结构设计对锂离子动力电池性能影响分析50-59
• 6.1 实验条件50
• 6.2 试验方法50
• 6.3 实验仪器50-51
• 6.4 实验结果与讨论51-59
• 6.4.1 XRD结果分析51-55
• 6.4.2 SEM结果分析55-59
• 结论59-61
• 参考文献61-68
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单68-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 崔妍;江卫军;张溪;苏迎春;;锂源及生产工艺对LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2性能的影响[J];电池;2014年03期

2 胡传跃;李新海;郭军;汪形艳;易涛;;高温下锂离子电池电解液与电极的反应[J];中国有色金属学报;2007年04期

  本文关键词：锂离子电池的相关设计与性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：434773