温度对锂硫电池放电过程的影响

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1、第３４卷第２期国防科技大学学报Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．２２０１２年４月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＴＩＯＮＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＤＥＦＥＮＳＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡｐｒ．２０１２温度对锂硫电池放电过程的影响熊仕昭，谢凯，洪晓斌（国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙４１００７３）摘要：为深入研究液相扩散过程对锂硫电池放电过程的影响，采用充放电测试、循环伏安测试了不同温度下锂硫电池的电化学性能，采用电子扫描显微镜观察分析了不同温度下放电后的正极形貌。实验结果表明，温度降低引起电解液粘度增加，离子在电解液中的扩散系数降低；当温度低于１０℃时，锂硫电池的放

2、电性能明显恶化，低放电平台容量的降低是电池性能恶化的主要原因。循环伏安测试分析表明，锂硫电池的低放电平台是扩散控制过程，受温度影响较大。离子在电解液中的扩散过程受限引起碳骨架的钝化，进而造成低放电平台活性物质未充分反应，这是锂硫电池放电过程受温度影响的主要原因。关键词：扩散过程；温度；粘度；钝化；锂硫电池中图分类号：ＴＱ１５０１文献标志码：Ａ文章编号：１００１－２４８６（２０１２）０２－０１５０－０５ＥｆｆｅｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓＸＩＯＮＧＳｈｉｚｈａｏ，

3、ＸＩＥＫａｉ，ＨＯＮＧＸｉａｏｂｉｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｔｉｏｎａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｃｈａｒｇｅｄｉｓｃｈａｒｇｅａｎｄＣＶ（ＣｙｃｌｉｃＶｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ）ｆｏｒｐｒｏｂｉｎｇｉｎｔｏｔｈ

4、ｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｌｉｑｕｉｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｎｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ．ＳｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｓｕｌｆｕｒｃａｔｈｏｄｅｓｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄｂｙＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）．Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｓｕｌｆｕｒｃａｔｈｏｄｅｗａｓｃｏｖｅｒｅｄｂｙａｓｏｌｉｄｆｉｌｍｉｎｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｉｔｓｕｇｇｅｓｔｓｔｈａｔｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｄｉｆｆ

5、ｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎｆｌｕｘｏｆｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｆｏｒｔｈｅｂａｔｔｅｒｙ．Ｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓｗｏｒｓｅｎｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙａｔｌｅｓｓｔｈａｎ１０℃ａｎｄｂｅｌｏｗ，ａｎｄｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｌｏｗｐｌａｔｅａｕｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔｙｗａｓｍｏｓｔｌｙｔｈｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｗｏｒｓｅｎｉｎｇ．Ｔｈｅｃｙｃｌｉｃｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｌｏｗｐｌａｔｅａｕｏｆｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｒｏｃｅｓｓｗａ

6、ｓｓｔｒｏｎｇｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｂｅｃａｕｓｅｉｔｗａｓａｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｐｒｏｃｅｓｓｗｈｉｃｈｃａｎｌｅａｄｔｏｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｉｎｃａｔｈｏｄｅ．Ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｄｉｆｆｕｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｉｏｎｉｎｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｃａｕｓｅｄｔｈｅｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｒｂｏｎｍａｔｒｉｘ，ｔｈｅｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｉｎａｄｅｑｕａｔｅｒｅａｃｔｉｏｎｏｆａｃｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌｉｎｌｏｗｐｌａｔｅａｕ，ｔｈａｔｉｓｍｏｓｔｌｙ

7、ｔｈｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｄｉｓｃｈａｒｇｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ；ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ；ｌｉｔｈｉｕｍｓｕｌｆｕｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ２－［５－８］锂离子二次电池是２０世纪９０年代发展起来（Ｓｎ，２≤ｎ≤４）和不溶于电解液的Ｌｉ２Ｓ。的绿色能源，因其具有高可逆容量、高电压、高循Ｃｈｅｏｎ等的研究表明，锂硫电池放电过程产生的环性能和较高能量密度等优异性能而备受青睐，高价态聚

8、硫离子易溶于电解液，这会引起电解液［１－２］是目前实用化的主导电源。以金属锂为负粘度的上升，离子在电解液中的扩散过程受限，