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589

作者：

李东江

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摘要：

电能在交通运输工具等领域的运用是解决城市空气污染的有效途径.纯电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)成为汽车发展的新趋势.目前,EV和HEV所采用的动力能源主要为锂离子电池,锂离子电池的性能是电动汽车发展的关键.其中,电池的寿命是锂离子电池在实际应用中面临的主要挑战之一.深入理解锂离子电池老化机理有助于改善电池的循环寿命.理论模拟是研究电池老化机理的有效手段.通过模拟,不仅可以解释实验观察到的老化现象,还可以预测实验不易观察到的结果,为更好地指导锂离子电池的生产制造和使用管理提供理论依据. 本论文的研究方法和思路共分三步:电池的老化测试;数据分析与讨论;理论模拟.电池的老化测试分为储存和循环.储存条件包括不同荷电状态和温度;循环条件包括不同电流,温度,循环区间.在数据分析与讨论部分,通过数学外推法,由定期测试的表征曲线计算得到不同老化阶段的EMF曲线.从EMF曲线可以得到电池的最大容量,准确计算电池的不可逆容量损失.此外,由EMF曲线还可得到dVEMF/dQ曲线.通过对dVEMF/dQ曲线分析,提出了原位定量计算石墨电极衰退的方法.XPS和拉曼测试分别被用来验证正极的溶解及负极的退化.根据老化实验的结果,提出了LFP电池在储存和循环时的老化机理.最后,通过对老化机理的分析,建立了LFP电池的老化模型.模型由两部分组成,一是SEI膜在负极的生长模型;二是高温时正极的溶解模型.SEI膜的生长和正极的溶解都会造成电池的不可逆容量损失.SEI膜生长模型是基于电子隧穿效应;正极溶解模型是基于电解质中质子与过渡金属离子的交换反应.根据电池的老化模型,模拟了锂离子电池的容量随温度,SoC,电流等测试条件的变化规律.实验和模拟的结果都表明:电池的容量损失是SoC,温度,电流以及循环区间的函数.

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关键词：

锂离子电池 老化机理 容量损失

学位级别：

博士

学位年度：

2016