软包装锂离子动力电池关键工艺及电化学性能研究

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1、摘要锂二次电池作为一种新型清洁、可再生的二次能源，具有工作电压高、能量密度大、质量轻等优点，在手机、笔记本电脑、蓝牙耳机、MP3、数码相机等领域都得到了广泛应用。软包装锂离子电池作为一种新型的锂二次电池，它集合了锂离子电池和锂聚合物电池两种工艺的优点，使锂离子电池同时具备了安全性能好、重量轻、可塑性强、外形设计灵活等特点。但是由于软包装锂离子电池高倍率放电性能较差，限制了它在小型高功率电池领域的应用，目前这一领域主要被镍镉和镍氢电池所占据。为了提高锂离子电池的高倍率放电性能，本文从软包装锂离子电池材料的选择、工艺参数控制、化成制度、正负极容量匹配

2、等方面进行优化。采用恒电流一恒电压充放电、电化学阻抗谱(EIS)等电化学测试技术对电池的高倍率放电、循环稳定性、电极阻抗等电化学性能进行了测试分析。采用扫描电镜(SEM)、X射线能量色散分析(EDAX)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)等方法分析研究了碳负极表面固体电解质界面膜(SEI)的成分，对电池的衰退机制作了初步讨论。本文通过对软包装锂离子动力电池的原材料，包括正负极活性物质、粘接剂、导电剂、溶剂、集流体等的除水处理，提高了活性物质与集流体，特别是负极活性物质和铜箔的粘结力，从而降低电池内阻，提高电池的高倍率放电性能。论文对比了恒流化成和阶梯

3、化成两种化成工艺，研究结果表明采用恒流化成工艺的锂离子电池容量、内阻指标都优于阶梯化成。采用恒流化成工艺的软包装锂离子电池0．2C放电容量平均比阶梯化成工艺制备的电池高6％，内阻平均比阶梯化成工艺制备的电池低15％。但随着放电倍率的增加，采用恒流化成：亡艺的软包装锂离子电池放电电压平台降低较快。对软包装锂离子电池负极(Negative)和正极00sitive)容量匹配(N／P一0．8～1．8)的研究表明，随着N／P的增大(N／P=0．8～1．8)，353048型电池的O．2C放电容量由454mAh增加至502mAh，1C充放电循环125次后，容量

4、保持率由15．8％增加至86．6％；但0．2C放电电压平台降低，高倍率放电能力降低。电化学阻抗谱研究表明，在保持正极容量不变的情况下，随着负极容量的增加电极表面SEI界面膜引起的阻抗‰1。以及电极表面表面电化学反应阻抗RcT先减小(N／P=0．8～1．6)然后再增大(N／P=I．8)。SEM形貌照片表明，随着充放电的进行，电极表面的裂纹逐渐增多并生成白色絮状物质。通过对白色生成物的EXAF能谱分析，发现C和O的含量分别为56．97％，43．03％，说明有机电解质溶液在嵌锂碳负极表面被还原，大量含氧物质生成，在负极电极表面沉积并消耗电解液，使电极电

5、阻增大，电化学极化增II大，放电电压降低，放电容量减小。FTIR分析表明，在EC—DEC—DMC—EMC／LiPF6溶液中形成的碳负极表面SEI膜主要成分为Li2C03和(CH20C02Li)2等物质。关键词：锂离子电池，软包装，高倍率放电，化成制度，正负极容量匹配，衰退行为IIlABSTRACTLithiumsecondarybakeriesarethenewtypesofcleanlinessandrecyelableenergysource．Theyhavehighvoltageandhi曲energydensity．Recentlythe

6、yarewidelyusedindigitalproducts，e．g．，mobilephone，notebook，bluetoothheadset，MP3，digitalcamera，eta1．Soft-packedlithium-ionbatteryisanewtypeofthelithiumsecondarybatteries，whichhasexcellentcharacteristicsincludingsafety,lightweight，flexible．butitslowrateofdischargeabilitymakesitC

7、annotcompetewimNi-MHandNi—CdbatteriesattheliRle-scaledhi曲powerbatterymarkets．Atthealmsoftheimprovementofthehi曲ratedischargeabilityofthesoft-·packedlithium-·ionbattery,theproductionprocessesofthesoft-packedlithium—ionbattery,includingtheselectionoftherawmaterialsoftheelectrode

8、andthefabricationtechniques．wereoptimizedinthisthesis．Theelectrochem