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磷酸铁锂电池中各关键材料间的相互作用与机理研究

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第一章 绪 论

1.1磷酸铁锂电池简介

1.2 磷酸铁锂电池中的相互作用

1.3 小结

1.4 本文的研究目的和主要研究内容

第二章实验方法

2.1实验试剂

2.2实验设备与仪器

2.3电极片的制备和电池组装

2.4电解液的配制

2.5电池电化学性能测试

2.6 电解液中的铁含量测定

2.7 负极中锂离子的测量与计算

2.8 表征方法

第三章磷酸锂铁电池中锂离子消耗的研究

3.1 初始状态下的磷酸铁锂电池中正极的缺锂情况和负极中锂离子含量

3.2不同温度下的锂离子消耗与容量衰减的关系

3.3不同的衰减状态下锂离子消耗与电池容量衰减的关系

3.4不同充电状态和放置时间对LiFePO4电池容量衰减的影响以及锂离子消耗的关系

3.5小结

第四章磷酸铁锂材料与电解液之间的相互作用研究

4.1 电解液对磷酸铁锂电池的电化学性能影响

4.2 磷酸铁锂材料在电解液中的溶解规律探索

4.3 小结

第五章总结和展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢

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摘要

磷酸铁锂电池具有安全性高、循环寿命长、环境友好等突出的优点,是最有希望成为电动汽车电源的候选者之一。然而,要作为动力电池使用还需要进一步提升电池的循环寿命,解决电池在高温下容量迅速衰减的问题,这需要对磷酸铁锂电池容量衰减规律和机理进行深入研究。影响磷酸铁锂电池容量衰减的主要相互作用:铁溶解和锂离子消耗成为研究磷酸铁锂电池容量衰减的主要内容。
  本文中使用商业化的磷酸铁锂电池材料来研究其在电解液中的溶解规律,综合考虑温度、时间、电解液溶剂、电解液溶质以及正极的充电状态这五个影响因素对铁溶解的影响。发现高温、与电解液接触时间变长以及电池处于高充电状态下时电解液中的铁溶解量会增加,而使用不同的锂盐和不同溶剂对其在电解液中的溶解影响较小。
  分别研究了18650型磷酸铁锂电池在的循环状态下和放置状态下的容量衰减规律。在不同温度下循环LiFePO4电池中,60℃下循环的电池容量衰减迅速,循环寿命比在25℃循环的电池缩短了约55%,在电池循环的大部分时间内,各温度下电池容量基本呈现线性衰减;在放置状态下,100%充电状态下的LiFePO4电池容量衰减最快,随着充电状态的降低,电池的容量衰减速度变缓。
  对LiFePO4电池的容量衰减分析发现,电池的正极容量并没有降低,只是在第一次脱锂过程中缺少了一部分锂离子,并且正极缺失的锂离子的比例与电池容量衰减的比例基本吻合,这说明磷酸铁锂电池容量衰减的主要原因在电池中可循环的锂离子被消耗。使用ICP定量分析了磷酸铁锂电池中的负极对立离子的消耗,发现负极中的锂离子含量与正极中的锂离子缺失有着一致的对应关系。电池容量的损失、正极中锂离子损失和负极中锂离子含量这三者的对应关系充分说明了磷酸铁锂电池的容量衰减的主要原因是电池中可循环的锂离子不断被负极消耗。

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