鋰離子電池廣泛應(yīng)用于航天、航空、航海及軌道交通等領(lǐng)域,已成為現(xiàn)代社會(huì)人類生產(chǎn)生活不可或缺的一部分。鋰離子電池負(fù)極材料在鋰離子脫/嵌的過程中,會(huì)發(fā)生較大的膨脹和收縮變形,反復(fù)循環(huán)會(huì)造成損傷效應(yīng)的累積,最終導(dǎo)致電極材料失效。建立原位的實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置,揭示負(fù)極材料的變形與失效機(jī)理是鋰離子電池亟待發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題之一。本文以石墨負(fù)極為研究對(duì)象,通過原位掃描電鏡、原位光學(xué)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,探究負(fù)極鋰化膨脹引起的變形演化機(jī)理和鋰離子擴(kuò)散規(guī)律,從電極結(jié)構(gòu)層面為鋰離子電池的商業(yè)化負(fù)極應(yīng)用提供技術(shù)支撐。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1、自主設(shè)計(jì)并搭建宏觀原位光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在真實(shí)電池的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)能夠反映電池內(nèi)部真實(shí)電化學(xué)反應(yīng)的原位池。基于比色法實(shí)現(xiàn)充放電過程中電池內(nèi)部鋰化分布的定性表征,率先報(bào)道了真實(shí)電池內(nèi)部離子擴(kuò)散路徑,揭示了真實(shí)服役環(huán)境下鋰離子擴(kuò)散機(jī)理。原位光學(xué)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):鋰離子穿過隔膜從電極表面嵌入石墨負(fù)極,并從石墨電極外側(cè)靠近隔膜處脫出,電極表面為嵌/脫鋰優(yōu)先區(qū)域;電池內(nèi)部活性高的地方有集中嵌鋰區(qū)域,具有鋰化不均勻的現(xiàn)象。2、自主設(shè)計(jì)并搭建微觀原位掃描電鏡實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并結(jié)合非接觸式... 

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 鋰離子電池的原理及特點(diǎn)
        1.2.1 鋰離子電池工作原理
        1.2.2 鋰離子電池負(fù)極材料介紹
        1.2.3 鋰離子電池負(fù)極鋰化行為
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 負(fù)極力學(xué)變形原位實(shí)驗(yàn)進(jìn)展
        1.3.2 力化耦合數(shù)值模擬研究進(jìn)展
        1.3.3 存在的科學(xué)問題
    1.4 總體思路與研究內(nèi)容
        1.4.1 研究思路
        1.4.2 研究的主要內(nèi)容
第二章 基于原位光學(xué)的負(fù)極鋰離子擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)研究
    2.1 前言
    2.2原位光學(xué)實(shí)驗(yàn)
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置與設(shè)備
        2.2.2 試樣制作
        2.2.3 原位實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    2.3 基于比色法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論
    2.4 本章小結(jié)
第三章 基于原位SEM的鋰電池負(fù)極變形場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究
    3.1 前言
    3.2 數(shù)字圖像相關(guān)法介紹
    3.3 SEM原位實(shí)驗(yàn)
        3.3.1 原位實(shí)驗(yàn)裝置搭建
        3.3.2 試樣制作與實(shí)驗(yàn)流程
        3.3.3 SEM原位實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    3.4 基于DIC的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論
    3.5 本章小結(jié)
第四章 鋰電池負(fù)極變形與擴(kuò)散行為數(shù)值模擬研究
    4.1 前言
    4.2 力化耦合理論模型介紹
    4.3 鋰電池負(fù)極數(shù)值仿真模擬
        4.3.1 模型建立
        4.3.2 材料參數(shù)與邊界條件
        4.3.3 結(jié)果與討論
    4.4 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 論文主要?jiǎng)?chuàng)新與結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他科研成果
附錄


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰電池基礎(chǔ)科學(xué)問題（Ⅰ）——化學(xué)儲(chǔ)能電池理論能量密度的估算[J]. 彭佳悅,祖晨曦,李泓.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2013(01)



本文編號(hào)：3646116