全固态锂离子电池的结构设计与力学性能测试

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:red0035
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全固态电池相对于目前的商用液态电池来说,显著提高了安全性,极大地缓解了电池易燃易爆的缺陷,但是全固态电池的电化学性能以及制备工艺限制了其发展的进程,固态电解质的离子传导率,大面积的工业化制备方法,都是急需解决的问题。同时,全固态电池也是通往结构电池以及结构储能的必经之路,结构储能对于减少储能系统质量体积占比,优化系统结构是十分有帮助的,对航空等各个领域的发展有着至关重要的作用。本文通过有限元模拟的手段,探究夹层复合材料结构承受拉伸与顶压载荷时的变化规律,设计全固态锂离子电池的结构并进行分析;之后通过流延涂覆与热压法制备固态电解质,探究热压工艺对固态电解质性能的影响;最后通过热压法制备结构电池,并测试其电化学性能和力学性能。本文通过实验以及数据分析,证明了使用有限元模拟的方法,对电池结构进行正向设计思路的可行性,也证明了制备过程中,热压法对于固态电解质,以及全固态电池的性能有显著的提升作用。同时,电池结构优异的力学性能使其有望在航空领域得到发展应用。在热压条件为100℃,30MPa下时制备的固态电解质,室温下离子电导率可达5.0×10-5S/cm,弹性模量约150MPa,抗拉强度约为15MPa。全固态锂离子电池在0.05C的电流密度下,50次循环内放电比容量始终保持在约145m Ah/g,库伦效率也始终保持在90%以上。电池的厚度约为0.1mm,弹性模量约为860MPa,抗拉强度约为90MPa。
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