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聚合物锂离子电池是在液态锂离子电池基础上发展起来的第二代锂离子电池,它具有液态锂离子电池的技术优点,即工作电压高、能量密度高、循环寿命长等。由于聚合物锂离子电池不再含有游离的电解液,可以用质量较轻的铝塑复合膜来封装,因此,比能量更高、安全性能更好,而且电池设计灵活,可以薄形化,更好地适应了现在便携式数码电子产品的需要。近几年,聚合物锂离子电池发展迅速,其市场份额日益增大。
我国聚合物锂离子电池产业发展较晚,而且由于技术上的落后,生产规模和市场份额较小,世界电池市场竞争能力弱。因此,加强对聚合物锂离子电池的研究显得尤为重要,开发高性能的聚合物锂离子电池将具有巨大的经济效益。本文围绕开发高性能的聚合物锂离子电池,开展了以下工作:
一、研究了聚合物锂离子电池的制造工艺,其中包括聚合物电解质膜的制备、电极制备以及电池的组装。聚合物电解质膜采用倒相法制备。对电池制备工艺条件进行了优化,实验结果和电池送检测试结果均表明开发的聚合物锂离子电池具有优异的循环寿命。电池经过300次的循环,容量仍保持在92~94%,这一结果远远超过国标(GB/18287-2000)的标准,达到了国际同类产品的先进水平。另外,电池的荷电保持能力良好,自放电基本在4.0%/月左右。同时,电池的热冲击和内部短路性能完全符合国标要求。
二、深入研究了聚合物锂离子电池的性能。在该部分工作中,主要深入研究了电池1C充电曲线、不同倍率的充放电曲线、电池在充放电过程的厚度膨胀和电池的低温性能等。电池1C充电曲线表明电池具有较小的内阻。不同倍率的充放电曲线则显示电池具有良好的倍率充放电性能,当以0.5C、1C、2C放电时,放电容量分别是0.2C放电容量的99.7%、98.2%和94.5%。而电池循环过程中电池参数(如中值电压、恒流充电、电池3.6V平台)的研究均表明电池具有良好的循环稳定性,其中中值电压、恒流充电这些电池性能参数反过来可以反映出电池循环性能的优劣。交流阻抗谱图宏观地显示出电池在不同充放电过程中的内部变化情况,同时证明了一个具有良好循环性能的电池其交流阻抗谱图在循环过程中变化不大。另外,电池低温性能实验显示开发的聚合物锂离子电池具有良好的低温性能。电池在充放电过程中厚度最大膨胀仅为初始电池厚度的2.18%。聚合物锂离子电池的制备及性能研究三、为了提高电池性能,本论文还研究了电池正极材料LiCoO2的制备及性能。前驱体Co<,3>o<,4>的制备是合成高性能LiCoO<,2>的关键。本文利用乙酸钴分解法来制备原材料Co<,3>O<,4>,方法简单。而600℃,700℃,800℃三个温度点下煅烧的产物都无杂质相存在,颗粒物理尺寸随温度升高而增大。利用上述制备的Co<,3>O<,4>来制备LiCoO<,2>,其颗粒随原料Co<,3>O<,4>的颗粒增大而增大,但电学性能无明显差别。制备的LiCoO<,2>具有优良的电化学性能。在2.5.4.3V区间,以0.2C充放电,首次放电比容量均在148mAh/g以上。充放电测试也表明产物有着良好的循环稳定性。