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大容量层叠结构LiMn2O4锂离子电池的制备及性能研究

作　者: 刘英
导　师: 李秋红
学　校: 湖南大学
专　业: 物理学
关键词: 锂离子电池 大容量 软包装材料 关键工艺 电化学性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着能源危机和环境危机的出现，全世界迫切需要可再生清洁能源，以及大力发展新能源电动汽车产业。目前锂离子电池作为新型清洁能源得到了国际上的重视，其具有工作电压高、比能量大、质量轻、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低和无污染等优点，已经开始应用于人们生活的各个方面，尤其广泛应用于数码产品及电动汽车方面。但是锂离子电池存在一些缺点，如：容量小和一致性能差等，严重影响锂电池的应用范围，因此，研制大容量和一致性能好的锂离子电池将成为锂离子电池行业发展的新挑战。本论文采用锰酸锂正极材料制备20Ah锂离子电池，研究了软包装、电解液、极片干燥方式、正负极敷料量比和储存荷电态等关键工艺对锂离子电池性能的影响，提出了最佳的工艺参数，并且评价了所制备锂离子电池的综合性能，具有重要的现实意义。软包装材料是锂电池工作的基础，对锂电池性能影响较大，通过各方面性能的对比选择D型号铝塑复合膜作为锂电池的外包装材料；电解液是锂电池的重要组成部分，本论文研究了电解液种类和含量对锂电池性能的影响，确定了电解液种类为电解液B，电解液最优注液量为125g；通过极片反弹实验确定了极片干燥方式，保证了锂电池的成型、外形和性能；提出正负极敷料量比值概念，通过设定正负极敷料量比提高了锂离子电池的一致性能，即相同正负极敷料量比的锂电池在电压平台、两端电压值、内阻值以及电压-容量曲线上具有高度的一致性，并且随着正负极敷料量比值的增加，所制备锂电池的放电容量和内阻增加，循环性能降低，具有一定的生产指导意义；通过对锂电池储存荷电态的研究表明：大容量锂电池以零电荷条件储存时电荷保持率最高，提出了大容量锂电池的储存条件。以最佳的工艺流程制备锂离子电池，首次放电容量为21776.0mAh，电压平台在3.8V左右，容量和电压均发挥正常；经过500次循环后容量衰减为20115.0mAh，容量保持率为90.2%；-20℃时锂电池的放电容量为18928.5mAh，是常温放电容量的83.2%；55℃时锂电池放电容量为21066.1mAh，容量保持率为96.4%。总的来说，所制备锂电池综合性能良好。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
插图索引  11-12
附表索引  12-13
第1章 绪论  13-29
  1.1 锂离子电池发展历史及应用领域  13-15
    1.1.1 锂原电池  13
    1.1.2 液态锂离子电池  13-14
    1.1.3 聚合物锂离子电池  14
    1.1.4 锂离子电池应用领域  14-15
  1.2 锂离子电池工作原理  15
  1.3 锂离子电池正极材料  15-21
    1.3.1 LiCoO_2正极材料  16-17
    1.3.2 LiNiO_2正极材料  17
    1.3.3 LiMn_2O_4正极材料  17-19
    1.3.4 LiFePO_4正极材料  19-20
    1.3.5 三元复合正极材料  20-21
  1.4 锂离子电池负极材料  21-23
    1.4.1 碳负极材料  21-22
    1.4.2 非碳负极材料  22-23
  1.5 电解液  23-24
  1.6 隔膜  24
  1.7 软包装材料  24-27
    1.7.1 锂电池对软包装材料要求  24-25
    1.7.2 铝塑复合膜作为锂电池软包装材料  25
    1.7.3 软包装材料研究现状及发展前景  25-26
    1.7.4 软包装技术  26-27
  1.8 论文选题依据  27-28
  1.9 本论文研究的主要内容及意义  28-29
第2章 实验原材料、仪器设备、制备及测试方法  29-37
  2.1 主要实验原材料及仪器设备  29
  2.2 锂离子电池制备工艺  29-35
    2.2.1 电芯设计  30-31
    2.2.2 极片制备  31-33
    2.2.3 电芯制备  33-35
  2.3 物理性能测试  35
    2.3.1 扫描电镜  35
    2.3.2 光学显微镜  35
  2.4 电化学性能测试  35-36
    2.4.1 循环性能测试  35-36
    2.4.2 温度特性测试  36
    2.4.3 储存性能测试  36
  2.5 安全性能测试  36
  2.6 本章小结  36-37
第3章 关键工艺对锂离子电池性能影响研究  37-51
  3.1 软包装对锂电池性能影响研究  37-40
    3.1.1 厚度测试  37
    3.1.2 电解液浸泡测试  37-38
    3.1.3 冲壳深度测试  38-39
    3.1.4 热封温度测试  39
    3.1.5 高温测试  39
    3.1.6 电化学性能对比分析  39-40
  3.2 电解液对锂电池性能影响研究  40-42
    3.2.1 不同种类电解液对锂电池性能影响  40-41
    3.2.2 电解液含量对锂电池性能影响  41-42
  3.3 极片干燥方式对锂电池性能影响  42-43
  3.4 正负极敷料量比对锂电池性能影响  43-48
    3.4.1 正负极敷料量比对锂电池一致性能影响  43-45
    3.4.2 正负极敷料量比对锂电池电化学性能影响  45-48
  3.5 储存荷电态对锂离子电池性能影响  48-49
  3.6 本章小结  49-51
第4章 锂离子电池物理及电化学性能研究  51-57
  4.1 扫描电镜分析  51-52
    4.1.1 浆料扫描电镜分析  51-52
    4.1.2 隔膜扫描电镜分析  52
  4.2 极片显微镜分析  52
  4.3 锂电池充放电性能测试  52-53
  4.4 循环性能测试  53-54
  4.5 锂电池温度特性测试  54-56
    4.5.1 低温性能测试  54-55
    4.5.2 高温性能测试  55-56
  4.6 本章小结  56-57
结论  57-59
参考文献  59-65
致谢  65-66
附录 A（攻读学位期间发表的学术论文）  66

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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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