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环保型磷酸亚铁锂锂离子电池工艺及其一致性研究

作　者: 金鑫
导　师: 陈立宝
学　校: 湖南大学
专　业: 物理学
关键词: 锂离子电池 分散性 一致性 球磨 动态充电
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


能源关系着人类的发展和进步，可持续发展是全中国也会是全世界一直坚持的奋斗目标，为了实现可持续发展，追求清洁的、可再生能源成为21世纪世界性的主题。太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能等各种可再生能源正在被人类不断的挖掘，有些能源甚至已经被人类熟练掌控了。但是我们还需要把这些能源在多余的情况下存储起来，在缺额的情况下释放出来，即削峰填谷，以保证人们的正常生活和工作。锂离子电池作为一种可以存储清洁能源的蓄电池，引起了人们的广泛兴趣和研究，得到了各方的重点关注，使其在新能源领域得到了持续的发展。本论文综合评述了锂离子电池的发展和研究现状，系统阐述了环保型水性磷酸亚铁锂锂离子电池的制备工艺，研究了球磨工艺对磷酸亚铁锂电池的影响，分析了提高锂离子电池一致性意义和具体因素和分选方法，还提出了一种锂离子电池动态充电方法和其重要性。通过四组对比试验，运用扫描电镜（SEM）观察了电池极片表面形貌，使用电池性能测试设备分析了各组电池的电化学性能，发现球磨工艺能大幅度提高锂离子电池浆料中活性物质和导电剂的分散效果，从而提高了电池的倍率和低温性能，两种材料的2C倍率放电容量和0.5C倍率放电容量的比例分别从96.69%、90.94%提高到了100.61%和91.85%，5C倍率从96.14%、75.75%提高到了99.56%和80.31%。放电电压平台在2C倍率分别从3.02V、3.01V提高到了3.07V和3.03V，5C放电平台分别从2.77V、2.67V提高到了2.85V和2.72V。低温性能上，0℃0.5C放电容量和室温0.5C放电容量的比例分别从85.80%、67.59%提高到了88.90%和74.18%，放电平台电压分别从3.00V、3.02V提高到了3.01V和3.05V。原因是球磨工艺主要起到了改善了活性物质和导电剂SP在水性浆料中的分散性能。使得活性物质得以分散更为均匀，使得导电剂减少团聚，起到理想状态下连接各活性物质从而提高了离子导电性的能力，使得锂离子在活性物质中的迁移能力变强了，从而降低了电池充放电的极化作用，使得电池的倍率和低温性能得到提高。从浆料的分散效果、涂覆浆料的过程、压实工艺、浸润工艺、注液和保液工艺等方面对磷酸亚铁锂锂离子电池生产过程中关于锂离子电池一致性重点影响因素做出了总结和概括，提出了值得控制的重要参数。从容量、交流内阻、直流内阻、开路电压还有电池放放电曲线等特征参数的角度，提出了锂离子电池合适的分选方法。从活性物质内部结构在不同电压下组成不同发出，提出一种可用于各种不同体系的开放式的动态电池充电方法，阐述了其重要性。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章 绪论  11-30
  1.1 引言  11
  1.2 锂离子电池的发展历史  11-13
  1.3 锂离子电池的结构、工作原理和特性  13-15
  1.4 锂离子电池的正极材料  15-19
    1.4.1 LiCoO_2正极材料  16-17
    1.4.2 LiMn_2O_4正极材料  17
    1.4.3 LiFePO_4正极材料  17-18
    1.4.4 三元正极材料  18-19
    1.4.5 其它正极材料  19
  1.5 锂离子电池的负极材料  19-22
    1.5.1 碳素负极材料  19-20
    1.5.2 Si 基负极材料  20-21
    1.5.3 Sn 基负极材料  21
    1.5.4 钛氧化合物负极材料  21-22
  1.6 锂离子电池隔膜  22-24
  1.7 锂离子电池电解液  24-26
  1.8 锂离子电池的不一致性  26-28
    1.8.1 单体的不一致性  26-27
    1.8.2 电池组中单体的不一致性  27-28
  1.9 本文研究的选题依据和主要内容  28-30
第2章 球磨工艺对 LiFePO4动力电池的影响  30-43
  2.1 主要实验试剂  30
  2.2 主要实验设备和仪器  30-31
  2.3 电池制备及工艺流程  31-37
    2.3.1 搅拌工艺  31-32
    2.3.2 电池极片的制备  32-34
    2.3.3 电池的制备  34-37
  2.4 物理性能分析  37-38
    2.4.1 浆料分散性的影响  37-38
    2.4.2 压实密度的影响  38
    2.4.3 浆料过滤性的影响  38
  2.5 电化学性能测试  38-42
    2.5.1 倍率性能  38-40
    2.5.2 低温性能  40-41
    2.5.3 循环性能  41-42
  2.6 本章小结  42-43
第3章 锂离子电池不一致性的造成及分选方法  43-56
  3.1 制备电池过程中造成电池单体不一致性的原因  43-53
    3.1.1 浆料分散的影响  43-45
    3.1.2 涂覆浆料的影响  45-46
    3.1.3 压实工艺的影响  46-49
    3.1.4 浸润工艺的影响  49-50
    3.1.5 注液保液工艺的影响  50-52
    3.1.6 其他工艺的影响  52-53
  3.2 电池的分选方法  53-56
第4章 动态充电方法的研究  56-62
  4.1 引言  56-59
  4.2 具体的动态充电方法  59-61
  4.3 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-69
致谢  69-70
附录 A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）  70

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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