文档介绍：浙江大学
硕士学位论文
软包装锂离子动力电池关键工艺及电化学性能研究
姓名:孙现众
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:潘洪革
20060301
摘要面缑婺ひ鸬淖杩埂。以及电极表面表面电化学反应阻抗燃跣锂二次电池作为一种新型清洁、可再生的二次能源,具有工作电压高、能量密度大、质量轻等优点,在手机、笔记本电脑、蓝牙耳机、⑹胂嗷攘域都得到了广泛应用。软包装锂离子电池作为一种新型的锂二次电池,它集合了锂离子电池和锂聚合物电池两种工艺的优点,使锂离子电池同时具备了安全性能好、重量轻、可塑性强、外形设计灵活等特点。但是由于软包装锂离子电池高倍率放电性能较差,限制了它在小型高功率电池领域的应用,目前这一领域主要被镍镉和镍氢电池所占据。为了提高锂离子电池的高倍率放电性能,本文从软包装锂离子电池材料的选择、工艺参数控制、化成制度、正负极容量匹配等方面进行优化。采用恒电流一恒电压充放电、电化学阻抗谱鹊缁Р馐约际醵缘绯氐母弑堵史诺纭⒀环稳定性、电极阻抗等电化学性能进行了测试分析。采用扫描电镜射线能量色散分析和傅立叶变换红外光谱等方法分析研究了碳负极表面固体电解质界面膜某煞郑缘绯氐乃ネ嘶谱髁顺醪教致邸本文通过对软包装锂离子动力电池的原材料,包括正负极活性物质、粘接剂、导电剂、溶剂、集流体等的除水处理,提高了活性物质与集流体,特别是负极活性物质和铜箔的粘结力,从而降低电池内阻,提高电池的高倍率放电性能。论文对比了恒流化成和阶梯化成两种化成工艺,研究结果表明采用恒流化成工艺的锂离子电池容量、内阻指标都优于阶梯化成。采用恒流化成工艺的软包装锂离子电池诺缛萘科骄冉滋莼晒ひ罩票傅牡绯馗%,内阻平均比阶梯化成工艺制备的电池低%。但随着放电倍率的增加,采用恒流化成:亡艺的软包装锂离子电池放电电压平台降低较快。对软包装锂离子电池负极和正极萘科ヅ疨一~难芯勘砻鳎孀臢/脑龃疨..,型电池的放电容量由增加至,%;但诺绲缪蛊教ń档停弑堵史诺缒芰档汀5缁学阻抗谱研究表明,在保持正极容量不变的情况下,随着负极容量的增加电极表/~缓笤僭龃疨.。蚊舱掌砻鳎孀懦浞诺绲慕校缂ū砻娴牧盐浦鸾ピ龆嗖⑸白色絮状物质。通过对白色生成物的能谱分析,发现蚈的含量分别为.%,.%,说明有机电解质溶液在嵌锂碳负极表面被还原,大量含氧物质生成,在负极电极表面沉积并消耗电解液,使电极电阻增大,电化学极化增
大,放电电压降低,放电容量减小。分析表明,在—狣—疞溶液中形成的碳负极表面ぶ饕3煞治狶任镏省关键词:锂离子电池,软包装,高倍率放电,化成制度,正负极容量匹配,衰退行为
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’三啦第一章绪论锂离子电池发展的历史长期使用以煤、石油、天然气三大主要能源为代表的化石燃料,使得能源结构不合理,环境污染严重,特别是随着三大主要能源储量的同益减少,以及由此引发的全球变暖和生态环境恶化受到越来越多的关注。因此,要保持人类社会的可持续发展,能源和环境是进入世纪必须面对的两个严峻问题,而开发清洁可再生的新能源是今后世界经济中最具决定性影响的技术领域之一。锂二次电池作为一种新型清洁、可再生的二次能源,具有工作电压高、能量密度大、质量轻等优点,在手机、笔记本电脑、电动工具、矿灯、蓝牙耳机、⑹胂嗷攘域都得到了广泛应用。世纪、年代发生的石油危机迫使人们去寻找新的替代能源,⒀趸乖缥蛔畹.、质量能量密度最大,因此锂电池成为替代能源材料之一。在世纪年代初实现锂原电池的商品化,常见的为/、/。疭。前两者主要是民用,后者主要是军用。锂原电池与普通的原电池相比,其显著优点即在于哐埂⒏弑饶芰棵芏取R虼嗽陲绯氐耐贫拢嗣羌负踉谘究锂原电池的同时就开始对可充放电锂离子电池的研究,而对便携式电源的需求更促进了对锂离子电池的研究。在世纪年代末以前,人们的注意力主要集中在以金属锂及其合金为负极的锂二次电池体系。但是锂在充电的时候,由于金属锂电极表面的不均匀、凹凸不平,导致锂表面电位和电流密度不均匀,从而造成锂的不均匀沉积。该不均匀沉积过程导致锂在一些部位沉积过快产生树枝晶。当树枝晶发展到一定程度时,一方面会发生折断,产生“死锂”,造成锂的不可逆性;另一方面更严重的是,枝晶会穿过隔膜,将正极与负极连接起来产生短路,并生成大量的热,使电池着火甚至发生爆炸,从而带来严重的安全隐患。其中有代表性的为世纪年代狙芯康腖鱯逑担浞诺绻淌疽馊缦隆此外还对以、、、等含锂合金为负极的锂离子电池进行了广泛的研究口6庵忠越鹗麸蚱浜辖鹞8杭ǖ娘胱拥绯刂悦挥惺迪充电..放电浙江大学硕士学位论文~,
锂离子电池的工作原理商业化,主要原因是循环