磷酸铁锂电池内阻特性的研究

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1、分类号TM912.9密级：公开UDC：620编号：201431804047河北工业大学硕士学位论文磷酸铁锂电池内阻特性的研究论文作者：侯月朋学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：材料工程指导教师：梁广川职称：研究员DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsEngineeringSTUDYONINTERNALRESISTANCEOFLiFePO4BATTERYbyHouYuepengSupervisor:Prof.L

2、iangGuangchuanMay2017摘要磷酸铁锂（LiFePO4）材料由于晶体结构的特点，其电子导电性和离子扩散系数低，导致电池内阻高。因此，针对LiFePO4电池内阻特性进行研究非常有必要。本文从材料和电池工艺两方面入手，采用内阻测试和交流阻抗谱（EIS）等手段，研究活性物质形貌、石墨烯包覆、导电剂和黏结剂对LiFePO4电池内阻特性影响。通过对容量、倍率、循环、加工等性能进行测试，分析内阻对电池性能的影响，并讨论改善内阻方法的可行性。采用不同形貌LiFePO4及其全电池为研究对象，利用XRD、SEM、粒度测试等手段，对材料物理性

3、能进行分析。测试电池内阻、EIS、倍率、加工等性能，研究了LiFePO4形貌与电池内阻特性之间的关系，并分析形貌改善内阻的可行性。结果表明，相比非球形，球形LiFePO4材料物理性能良好，其14500型全电池电荷转移阻抗和锂离子扩散阻抗较低，内阻为50.6mΩ，降低了17.4mΩ，且电池具有优异的倍率和加工性能。采用球形LiFePO4改善电池内阻可行性高。采用石墨烯包覆LiFePO4材料制备成全电池，对电池内阻和电化学性能进行测试，研究石墨烯包覆对LiFePO4电池内阻特性影响。结果表明，石墨烯包覆LiFePO4电池内阻较低，锂离子扩散阻

4、抗得到极大改善，倍率性能良好。石墨烯包覆增强了LiFePO4结构的稳定性，其电池表现出极好的循环性能。研究了导电剂对LiFePO4电池内阻特性影响。结果表明，随导电剂含量增加，LiFePO4电池内阻和电荷转移阻抗逐渐降低，电池倍率性能逐渐增强，Super-P含量为3%时，电池10C倍率下的放电容量保持率能够达到70.7%。但导电剂含量越多，浆料分散性越差，对制浆环境要求越高，加工性能越差。研究了黏结剂对LiFePO4电池内阻特性影响。对电池放电容量和安全性能进行分析，综合考虑工艺改进的可行性。结果表明，黏结剂对电池内阻影响显著。黏结剂通过

5、影响LiFePO4电池极片电阻率、压实密度和电荷转移阻抗来影响电池内阻。水系黏结剂具有环保、低成本的优势，但水系黏结剂体系极片难以干燥完全，残留水分与电解液发生副反应，导致电池容量降低。水分电解，引发电池胀气，安全性能下降。关键词：磷酸铁锂电池内阻材料工艺可行性IABSTRACTTheelectronicconductivityandlithiumiondiffusioncoefficientoflithiumironphosphate(LiFePO4)materialsarelowduetothecharacteristicsofits

6、crystalstructure,whichresultsinthehighinternalresistanceoftheLiFePO4battery.Therefore,thestudyoninternalresistanceoftheLiFePO4batteryisnecessary.Inthisarticle,itwasdiscussedfromtwoaspects：LiFePO4materialsandproductiontechnologyofthebattery.Theeffectofactivematerialmorphol

7、ogy,graphene,conductiveagentandbindersontheresistancecharacteristicsofLiFePO4batterywereinvestigatedbyresistancetest,EISetc.Throughthetestofbatterycapacity,rate,cycleandprocessingperformance,theeffectofresistanceonperformanceofthebatterywasanalyzedandthefeasibilityoftheme

8、thodstoimprovetheresistanceofLiFePO4batterywasdiscussed.LiFePO4withdifferentmorphologiesanditsba