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液态软包装LiFePO_4锂离子电池气胀问题的研究

作　者: 王子君
导　师: 唐致远；徐强
学　校: 天津大学
专　业: 应用化学
关键词: 锂离子电池 气胀 SEI膜 工艺
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 176次
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内容摘要


锂离子二次电池(Lithium-ion Battery)是20世纪90年代初出现的新型绿色环保化学电源。它具有电压高,比能量大,循环性能好,安全性能优等优点,是目前化学电源行业的最新发展方向之一。目前锂离子蓄电池的生产已初具规模,但是在生产过程中也面临着一些质量问题,如气胀,微短路等。特别是电池在化成阶段产生气体和储存阶段发生气胀更是一个较为复杂的难题,它严重制约了工业生产的成品率。就万力电池公司的实际生产情况统计出,制作完成的磷酸亚铁锂电池常温搁置10个月后,153只电池中未气胀电池有83只、轻微气胀电池有57只,气胀电池有13只,气胀率为45.7%。随着搁置时间的延长,气胀电池的数量仍有增加。气体在电池内部产生使得电池内压增大、电池鼓胀、电极叠片结构分离、活性物质分离,导致出现安全隐患。为了解决实际生产中电池的气胀问题,试验制备了724566型液态软包装磷酸亚铁锂锂离子电池,并通过改变工艺参数来模拟电池气胀。采用交流阻抗方法分析了电池的电化学反应特点;充放电循环试验测试电池充放电性能和循环性能;测量电池的产气量;利用气相色谱分析了气体的种类。通过改变烘烤时间来研究水分对电池气胀的影响,试验证明电池的气胀程度随水分的增加而增大。交流阻抗图谱表明,水分含量多时电池在首次化成过程中形成的SEI膜较厚、稳定性差、界面阻抗较大。充放电曲线和循环曲线显示,严格控制水分有利于电池电性能的发挥。采用不同的电流对电池化成,结果表明电流密度会影响SEI膜的组成。比较了三种化成制度对电池性能的影响,结果显示减小电池在化成过程中的消气反应,可以减少容量的不可逆损失。通过对存放过程中气胀电池的气体种类,循环性能的分析。我们认为SEI膜的破坏是电池气胀的直接原因。为保证首次化成过程中形成良好的SEI膜,在以后的存放或循环过程中不被破坏,改进了电池的烘烤和化成工艺。工艺改进后电池的气胀现象明显减少达到了生产要求。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-22
  1.1 锂离子电池的发展概况  8-10
    1.1.1 锂离子电池的发展及现状  8-10
    1.1.2 液态软包装锂离子电池的发展  10
  1.2 液态软包装锂离子电池的内部结构及特点  10-13
    1.2.1 锂离子电池工作原理  10-11
    1.2.2 液态软包装锂离子电池的内部结构  11-12
    1.2.3 液态软包装锂离子电池的特点  12-13
  1.3 液态软包装锂离子电池材料  13-18
    1.3.1 液态软包装锂离子电池正极材料  13-15
    1.3.2 液态软包装锂离子电池负极材料  15
    1.3.3 液态软包装锂离子电池电解液  15-18
  1.4 液态软包装锂离子电池隔膜  18
  1.5 液态软包装锂离子电池气胀问题的研究现状  18-22
    1.5.1 化成过程产气机理  18-19
    1.5.2 电池在存放过程中产气原因  19-20
    1.5.3 气胀问题的解决方案  20-22
第二章 试验仪器、方法  22-28
  2.1 试验材料  22
  2.2 试验仪器  22-23
  2.3 试验方法  23-25
    2.3.1 电化学分析方法  23
    2.3.2 电池性能测试方法  23-24
    2.3.3 电池安全性能测试  24
    2.3.4 气相色谱分析方法  24-25
    2.3.5 红外光谱测试  25
    2.3.6 气体量测试试验  25
  2.4 电池制备方法  25-28
第三章 气胀电池分析  28-33
  3.1 气体种类分析  28-29
  3.2 气胀电池隔膜分析  29-30
  3.3 气胀电池循环测试  30-31
  3.4 产气原因分析  31-32
  3.5 本章小结  32-33
第四章 水分对电池气胀的影响  33-46
  4.1 水分对气胀的影响  33-40
    4.1.1 水分对气体产生量的影响  34-36
    4.1.2 气体成分色谱分析  36-38
    4.1.3 交流阻抗测试  38-40
  4.2 水分对电池性能的影响  40-44
    4.2.1 电池的首次充放电曲线  40-42
    4.2.2 电池电荷保持率  42-43
    4.2.3 电池循环性能  43-44
  4.3 制备方法改进  44-45
  4.4 本章小结  45-46
第五章 化成制度对气胀的影响  46-55
  5.1 不同化成电流对电池气胀的影响  46-48
    5.1.1 充电电流对电池产气量的影响  46-48
    5.1.2 不同充电电流的充电曲线  48
  5.2 不同化成制度的最终产气量及性能测试  48-54
    5.2.1 化成方式  49-50
    5.2.2 不同化成制度下电池的产气量  50-51
    5.2.3 不同化成制度下电池的性能  51-54
  5.3 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-60
发表论文和科研情况说明  60-61
致谢  61

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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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