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1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院碩士學(xué)位論文鋰離子電池過充電安全性研究姓名：朱繼濤申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)指導(dǎo)教師：王力臻2007-06摘要本文以找出鋰離子電池相應(yīng)電極材料的過充電失效原因及對電池安全性影響為主要目標(biāo)，通過恒流充放電，循環(huán)伏安，交流阻抗，SEM和XRD等測試手段，分別研究了正極材料鈷酸鋰和鎳鈷鋁鋰以及負(fù)極材料MCMB的過充電性能，進(jìn)而分析了過充電導(dǎo)致電池安全性下降的原因；并對PVDF-HFP基微孔復(fù)合聚合物電解質(zhì)膜基本物性及過充電性能進(jìn)行了初步探討。具體包括：（1）研究了不同充電終止電壓（分別為4.3v,4.5v,4.8v和5.0v）的充放電循環(huán)和不同倍率充電對鈷酸鋰和鎳鈷鋁鋰電極
2、性能的影響。結(jié)果表明：電池的充電終止電壓越高，充放電過程中鋰離子脫嵌越困難，電量轉(zhuǎn)換效率越低，電極活性衰減越嚴(yán)重，電池產(chǎn)生的不可逆容量越大，兩者比較，鎳鈷鋁鋰電極具有較優(yōu)的循環(huán)穩(wěn)定性和耐過充電性能。SEM與XRD分析說明以鈷酸鋰為正極材料的電池過充后性能衰退是由于LiCoO2結(jié)構(gòu)變形，顆粒粉化而團(tuán)聚且形成惰性物質(zhì)Co3O4之故，且過充后生成的活性氧，是導(dǎo)致電池安全性下降的主要原因之一；另外以不同倍率對實(shí)驗(yàn)電池過充電至4.8v的實(shí)驗(yàn)表明過充電倍率越大，電池過充后正常充放電的性能下降越嚴(yán)重，其中鎳鈷鋁鋰的耐高倍率過充電性能優(yōu)于鈷酸鋰。（2）正極材料鎳鈷鋁鋰物理等比摻雜鈷酸鋰后，對其充放電和耐
3、過充電性能測試表明：電池容量由兩種材料共同決定，但鈷酸鋰起主要作用，且充放電過程中，鎳鈷鋁鋰材料先被充電，而放電過程中，鈷酸鋰材料先被放電，過充電實(shí)驗(yàn)說明了摻雜有助于提高正極材料鎳鈷鋁鋰和鈷酸鋰的耐過充電性能，一定程度上改善了電池的安全性能。（3）研究了過充電對負(fù)極材料MCMB的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：電池被過充電時(shí)，+在MCMB電極表面會(huì)發(fā)生鋰的沉積反應(yīng)，其沉積電位為-0.045v(vs.Li/Li)，且過充電時(shí)間越長，充電倍率越大，鋰的沉積質(zhì)量越大，且沉積的鋰易形成鋰枝晶，造成電池內(nèi)部短路，給電池帶來極大的安全隱患；過充電循環(huán)后，MCMB石墨電極充放電性能下降，SEM與XRD分析說明過充
4、后，石墨電極體相結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，其充放電性能下降是由于電極表面沉積的鋰與電解質(zhì)溶液生成更厚的鈍化膜所致。（4）實(shí)驗(yàn)制備了MCPE和Celgard2400表面涂覆兩種聚合物電解質(zhì)膜，其吸液率均可達(dá)200％，MCPE膜的電導(dǎo)率可達(dá)0.84S/cm，Celgard2400表面涂覆膜的離子遷移數(shù)可達(dá)0.82，電化學(xué)穩(wěn)定窗口表明兩種隔膜在2.7～4.3v范圍內(nèi)具有良好的穩(wěn)定性。采用MCPE膜的實(shí)驗(yàn)電池首次充放電和過充電性能與液態(tài)鋰離子電池相當(dāng)，而Celgard2400II表面涂覆膜實(shí)驗(yàn)電池首次充放電和過充電性能均優(yōu)于液態(tài)鋰離子電池，兩種聚合物電解質(zhì)膜高倍率放電性能較差。關(guān)鍵詞：鋰離子電池，過充電
5、，正極材料，負(fù)極材料，聚合物電解質(zhì)膜IIIABSTRACTTheoverchargingtoleranceofcathodematerials,suchaslayered-LiCoO2，LiNi0.8Co0.15Al0.8O2andanodematerialMesocarbonmicrobead(MCMB)werestudiedbymeansofgalvanostaticcharge-dischargetesting,cycliccoltammetarytesting,A.C.impedancetesting,scanelectronmicroscope(SEM)testingandX-
6、rayPowderDiffraction(XRD)testinginthispaperinordertofindoutthereasonoftheLithiumionbatteriesfailurecomeoutofover-chargewithitscorrespondingelectrodematerialsandtheinfluencetothesafetyperformance.Thereasonoftheoverchargefailureleadedtopoorsafety,besidesbasiccharacterandoverchargeperformanceofpolym
7、erelectrolytemembranesofpoly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene)(PVDF-HFP)werealsopreliminarystudied.Resultscouldbesummarizedasfollows：(1).Theinfluenceofcharge/dischargecycleswithdifferentchargingcut-offvoltage(
