鋰離子電池材料性能衰減加速方法的研究.pdf

1、鋰離子電池具有很長的循環(huán)壽命。采用傳統(tǒng)方法考察電池的可靠性需要很長時間,采用加速實驗方法可以縮短實驗時間,降低實驗成本。本文綜述了鋰離子電池材料衰減加速方法的研究工作,研究了電流和溫度對電池材料30％DOD循環(huán)下加速衰減作用。
　　通過控制充電或放電時間來控制扣式電池體系和全電池體系30%的放電深度(DOD)。通過電化學(xué)測試手段確定扣式電池加速電流:0.6C、1.2C、2.4C和3.6C。溫度加速的測試溫度為:25℃、35℃、45

2、℃和55℃。全電池加速電流為0.6C、1.2C、1.8C和3C。加速溫度為:25℃、35℃和45℃。
　　通過充放電、交流阻抗、XRD和SEM研究30%DOD循環(huán)下電流加速對電池材料的加速衰減作用。結(jié)果表明,加速電流能夠?qū)﹄姵夭牧系男阅芩p起到很好的加速作用,正負極材料隨30%DOD循環(huán)進行均遵循相同的變化規(guī)律:充電電壓平臺升高,充電時間變短,放電電壓平臺下降,放電電壓平臺時間縮短,電池材料可逆性變差。阻抗增加。綜合扣式電池和全電

3、池體系對材料電化學(xué)性能和結(jié)構(gòu)性能變化規(guī)律的研究,認為正極LiCoO2性能衰減是由于正極材料LiCoO2晶胞隨著循環(huán)的進行沿c軸方向發(fā)生伸縮形變導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,以及電池材料和集流體結(jié)合力變差。而負極碳材料(MCMB和石墨)衰減的原因主要是由于集流體與材料間的結(jié)合力變差,以及鋰的插入脫出石墨六方網(wǎng)格結(jié)構(gòu)發(fā)生膨脹收縮效應(yīng),長期循環(huán)下導(dǎo)致石墨層發(fā)生剝離,材料解體。電流加速下造成正負極材料衰減的因素被加強,此外,加速電流下負極表面生成的SE

4、I膜比較疏松易發(fā)生電解液和金屬鋰共嵌入導(dǎo)致鋰離子的損耗,同時大電流下鋰離子的傳遞速度遠大于其在石墨內(nèi)的固相擴散速度造成部分鋰難以進入石墨層內(nèi)部而存留在石墨表面。這些都在一定程度上促進了電池的衰減。總體來說,加速電流下的材料衰減機制和正常情況下的衰減機制是相同的。
　　通過數(shù)學(xué)模擬的方法得到了不同電流30%DOD循環(huán)下全電池的統(tǒng)一衰減模型:y=0.19Cexp(-t/B)+0.79C,C-首次可逆容量,y-電池容量,t-測試時間,B

5、-電流加速衰減因子。B=6840.54485exp(-I/0.78416)+218.31952,I-測試電流。B帶入電流容量衰減模型即得到電流加速容量衰減模型。
　　通過充放電測試和交流阻抗測試考察了溫度加速下扣式電池體系下電池材料性能變化規(guī)律,結(jié)果表明溫度的升高對于正極材料 LiCoO2性能衰減有加速作用,55℃加速效果最明顯,為25℃下衰減速率的18.6倍,35℃衰減速率為25℃下的的4.2倍。45℃下衰減速率為25℃下的2.