以鈦酸鋰為負(fù)極的鋰離子全電池具有超長的循環(huán)壽命、良好的倍率性能以及優(yōu)異的安全性等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。但在其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中,鈦酸鋰電池產(chǎn)氣仍是導(dǎo)致其壽命衰減的關(guān)鍵問題,同時(shí)在應(yīng)用過程中也存在其他影響因素導(dǎo)致壽命衰減。研究和分析鈦酸鋰電池的壽命衰減機(jī)制,對(duì)于更有效地開展鈦酸鋰電池的體系優(yōu)化工作,進(jìn)一步加快鈦酸鋰電池的實(shí)用化進(jìn)程具有重要的理論和實(shí)際意義。在產(chǎn)氣抑制方面,本文研究了鈦酸鋰負(fù)極表面成膜機(jī)制,利用鈦酸鋰負(fù)極材料與電解液之間的界面反應(yīng),調(diào)控電極界面反應(yīng)活性位點(diǎn)含量及分布,優(yōu)化出鈦酸鋰負(fù)極表面成膜反應(yīng)的最佳SOC(State of Charge,荷電態(tài))區(qū)間,實(shí)現(xiàn)了鈍化膜優(yōu)化控制,達(dá)到抑制產(chǎn)氣、改善循環(huán)壽命的效果。該研究結(jié)果為實(shí)現(xiàn)工程上提高化成效率、優(yōu)化化成方法提供了理論依據(jù)。研究了不同正極材料對(duì)鈦酸鋰電池壽命的影響,通過鈷酸鋰/鈦酸鋰和錳酸鋰/鈦酸鋰體系電池的壽命對(duì)比,以及不同錳離子含量對(duì)鈦酸鋰負(fù)極鈍化膜的影響研究分析,明確了鈦酸鋰體系下正極溶出的錳離子對(duì)負(fù)極表面鈍化膜穩(wěn)定性的破壞機(jī)制,為搭配高容量錳系正極材料的鈦酸鋰體系提供了良好的開發(fā)基礎(chǔ)。研究了高能量密度鈦酸鋰電池體系中鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué)對(duì)電池壽命的影響。通過對(duì)稱電池、三電極電池、阻抗譜等相結(jié)合的電化學(xué)手段,分析了電極內(nèi)部脫嵌鋰過程及鋰離子和電子傳輸動(dòng)力學(xué)過程。結(jié)果表明厚電極體系電池在大電流充放電條件下循環(huán)性能下降,其原因?yàn)殡姌O厚度增加時(shí)離子阻抗增加,并且對(duì)于鈷酸鋰為正極的體系,其脫鋰過程為主要速控步驟。在正極中添加比表面積較大的導(dǎo)電劑以及提升電解液離子電導(dǎo)率可有效改善高能量密度電池的循環(huán)壽命。對(duì)鈦酸鋰電池不同循環(huán)階段的壽命衰減劣化機(jī)制進(jìn)行研究,以8Ah鈦酸鋰電池為研究對(duì)象,識(shí)別其循環(huán)過程中不同階段衰減的關(guān)鍵因素。鈦酸鋰電池前期衰減較緩,主要原因?yàn)檎龢O材料熱力學(xué)不可逆衰減。后期衰減加快,主要為產(chǎn)氣引起的動(dòng)力學(xué)衰減導(dǎo)致。提高負(fù)極鈍化膜在高溫條件下的穩(wěn)定性是延長鈦酸鋰電池循環(huán)使用壽命的關(guān)鍵。該研究結(jié)果為理解鈦酸鋰電池的電化學(xué)性能演變規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM912
【部分圖文】：

鋰離子電池主要部件包括正極、負(fù)極、電解液和隔膜等，鋰離子電池工逡逑作時(shí)，鋰離子穿過隔膜通過電解液在正、負(fù)極之間進(jìn)行往復(fù)遷移并在正、負(fù)逡逑極進(jìn)行嵌入、脫出，同時(shí)電子通過外電路進(jìn)行傳遞，圖２－１為傳統(tǒng)的以鈷酸逡逑鋰為正極，石墨為負(fù)極的鋰離子電池工作示意圖［５］。逡逑0｜邋▲邋１？逡逑１邐�。。卞义希粒睿铮洌暹姡牛欤澹悖簦颍铮欤簦暹姡茫幔簦瑁铮洌邋义希ǎ纾颍幔穑瑁椋簦澹┻姡ǎ蹋椋茫铮埃玻╁义希苓婂暹婂义蠄D２－１鋰離子電池工作示意圖［５］逡逑車載鋰離子動(dòng)力電池要想實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，在其電芯設(shè)計(jì)開發(fā)逡逑過程中有以下幾項(xiàng)重要指標(biāo)需要進(jìn)行權(quán)衡：能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、逡逑存儲(chǔ)有效性（日歷壽命）、安全性以及生產(chǎn)成本。因此，盡管可以用于鋰離子逡逑電池的正、負(fù)極材料很多，但是為了盡可能滿足上述各項(xiàng)指標(biāo)的要求并實(shí)現(xiàn)逡逑－４－逡逑

ＬＣＯ材料完全脫鋰時(shí)的理論容量可達(dá)２７４邋ｍＡｈ邋ｇ＇但其單元ＬｉＣｏ０２的逡逑可逆鋰脫、嵌量僅為０．５，對(duì)應(yīng)理論容量約為１５６0１八１１＆１。在１＾（：0０２（０．４＜逡逑ｘ＜ｌ；）的可逆脫鋰過程中，會(huì)發(fā)生三種相態(tài)固溶體的轉(zhuǎn)換反應(yīng)，如圖２－３所示。逡逑＿：

本文編號(hào)：2809762