锂离子电池综合使用性能的评价、修复及相关机理研究

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以额定容量950mA.h的LP063450AR型方型锂离子电池为样品电池,对锂离子二次电池容量损失的电化学修复进行了研究,并采用X射线衍射(XRD)、电化学交流阻抗(EIS)以及电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)等手段探讨修复机理。结果表明:通过插入适当小电流充放电循环,对二次电池多次循环后所导致的容量损失进行有效修复。在1C、2C条件下,每50次循环后通过修复,电池容量较修复前平均增加了40-50mA.h;300次循环结束后,电池容量仍保持在860mA.h和750mA.h左右。300次循环后放电态下比较嵌锂量,ICP-AES测试结果显示:300次循环后放电态时修复前/后电池正极材料化学式分别为Li0.776CoO2和Li0.907CoO2。电化学修复主要是通过改善电池的动力学性能,使得更多的Li+在正极嵌入,并参与到电池的充放电过程中,因而提高了电池的容量性能,使得电池的循环寿命和使用性能得到提升。进一步的研究表明:电化学修复这种方法并不能对所有因素所引起容量损失进行修复;对于由电流通过而带来的浓差极化和电化学极化等因素所导致的容量损失,电化学修复的修复效果是非常明显的。而对于电池、电极活性材料以及电解液等在充放电循环过程中的变化而导致电池容量的不可逆衰减,电化学修复的修复效果有限。同时,本文对容量品质系数(λ)和充放电效率η这两个参数进行了比较。与充放电效率η(目前用来评价锂离子二次电池性能的参数)相比,容量品质系数λ更充分的反应了电池的动力学限制对电池使用性能的影响。在电池的使用过程中,尤其是高倍率充放电条件下,电池的容量品质越好,其相应循环性能和比容量性能越好。容量品质不仅充分的反映了电池的动力学信息,更深入的涵盖了电极活性材料的稳定性,因而能更加有效的用来评价和预测电池的容量性能。
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