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以LiFePO_4为正极材料的锂离子电池制作工艺及性能研究

作　者: 廖文明
导　师: 戴永年
学　校: 昆明理工大学
专　业: 冶金物理化学
关键词: LiFePO4 软包装锂离子电池 化成制度 电化学性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


作为二十一世纪理想的绿色环保电源,锂离子电池有着十分广阔的应用前景,目前国内外对锂离子电池的研究和开发都给予了极大的关注。橄榄石型磷酸铁锂正极材料以其安全、环保、低成本、高容量和稳定的循环性能等特点成人们所关注的重点；软包装液态锂离子电池结合了液态锂离子电池和聚合物锂离子电池的优点,使得人们目前对其关注颇深。本论文主要研究采用磷酸铁锂为正极材料制作成软包装液态锂离子电池的工艺,并对电池的性能进行了一定的研究。重点研究了电极制备工艺对LiFePO4正极材料性能的影响,以及化成制度、不同倍率充放电制度、外界温度对软包装锂离子电池性能的影响。本文通过对不同导电剂量、粘接剂的量以及辊压基准对LiFePO4正极材料性能的影响进行了比较分析,得出最佳的正极片制备工艺。论文对软包装锂离子电池制作工艺进行了简单的叙述,并对比了阶梯式化成和恒流式化成对锂离子电池性能的影响,并进行了一定的分析。研究结果表明恒流式化成在0.1C充放电条件下放电比容量要比阶梯式的要高,并且充放电效率要略高些；XPS分析表明电池化成后负极SEI膜的厚度均大于3nm,并且发现通过阶梯式方式化成后的电池负极表面形成的物质要更加复杂。在论文中还简单的对锂离子电池的制备工艺出现的问题进行了分析,并对不同的正负极质量配比进行了分析和叙述。对软包装锂离子电池高低温性能的研究表明,在0℃,20℃,40℃时,电池在0.5C倍率充放电条件下的30次平均放电比容量随着温度的升高而增大,但到60℃时,电池由于气胀的原因导致电池的放电容量直线下降,最后电池放电容量为零。从采用扣式电池测试的电化学阻抗谱(EIS)表明,随着温度的升高,正极材料的电化学性能越好,这表明电池的容量在高温下应该要比在低温下要高。但是,在高温条件下,从软包装锂离子电池的容量衰减率表明在此温度下电池内部存在着许多的问题。XPS分析表明在0℃,20℃,40℃时,负极表面的SEI膜的成分是不一样的。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-26
  1.1 引言  8-9
  1.2 锂离子电池简介  9-13
    1.2.1 锂离子电池的发展  9-10
    1.2.2 锂离子电池的工作原理  10-11
    1.2.3 锂离子电池的特性  11-13
  1.3 锂离子电池电解液  13
  1.4 锂离子电池负极材料  13-14
  1.5 锂离子电池正极材料  14-23
    1.5.1 锂离子正极材料的要求  14-15
    1.5.2 层状钴酸锂(LiCoO_2)正极材料  15-17
    1.5.3 层状镍酸锂(LiNiO_2)正极材料  17-18
    1.5.4 尖晶石锰酸锂(LiMn_2O_4)正极材料  18-20
    1.5.5 磷酸铁锂(LiFePO_4)正极材料  20-23
  1.6 锂离子电池的粘接剂  23
  1.7 液态软包装锂离子电池的研究与发展  23-25
  1.8 主要研究内容及目的  25-26
第二章 实验材料及测试方法  26-33
  2.1 主要化学试剂  26
  2.2 主要实验仪器及设备  26-29
  2.3 扣式电池的装配工艺  29-30
  2.4 软包装锂离子电池制备以及工艺流程  30
  2.5 锂离子电池性能测试方法及电池极片测试方法  30-33
第三章 电极制备工艺对LiFePO_4电化学性能的影响  33-42
  3.1 导电剂的量对LiFePO_4电化学性能影响  33-38
    3.1.1 乙炔黑的量对LiFePO_4电化学性能的影响  33-36
    3.1.2 石墨的量对LiFePO_4电化学性能的影响  36-38
  3.2 电极的辊压对LiFePO_4电化学性能的影响  38-39
  3.3 粘接剂PVDF的量对LiFePO_4电化学性能的影响  39-41
  3.4 本章小结  41-42
第四章 软包装锂离子电池主要制作工艺的探索及现象分析  42-52
  4.1 软包装电池的制作工艺流程  42-43
    4.1.1 真空搅拌  42-43
    4.1.2 涂布  43
    4.1.3 热压成型  43
  4.2 化成制度对锂离子电池性能的影响  43-48
    4.2.1 电池正极活性材料比容量和充放电效率比较  44-45
    4.2.2 电池负极极片表面分析(SEI膜)  45-48
  4.3 水分对锂离子电池性能的影响  48-49
  4.4 正负极质量配比的研究  49-50
  4.5 本章小结  50-52
第五章 磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池性能研究  52-61
  5.1 充放电性能研究以及高低温性能研究  52-55
  5.2 温度对锂离子电池性能的影响  55-60
    5.2.1 电化学性能测试分析  55-58
    5.2.2 电池负极极片分析(SEI膜)  58-60
  5.3 本章小结  60-61
第六章 结论与展望  61-63
  6.1 结论  61-62
  6.2 展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-70
附录A 攻读学位期间发表论文目录、从事科研项目  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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