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21700型NCA-硅碳动力锂离子电池的失效机理研究
| 论文题名： | 21700型NCA-硅碳动力锂离子电池的失效机理研究 |
| 关键词： | 电动汽车;动力锂离子电池;锂镍钴铝氧化物;硅碳负极;失效机理 |
| 摘要： | 温室效应、石油等不可再生能源危机慢慢地已经成为较为严峻的挑战。绿色能源的开发和应用化也早已成为人们普遍关注和需要棘手解决的问题。而锂离子电池作为电动汽车的核心技术，电池技术也已经在不断进步和改良。而近10年来，新能源汽车的高速发展有目共睹，在一定程度上缓解了能源危机问题。但是动力锂离子电池随着循环次数的增大，导致容量明显衰减；和一些不可确定因素使电池失效或发生安全事故问题，共同成为电动汽车在使用和发展中的重大隐患。电池材料的失效分析这几年也被广泛的报道，都分别从不同角度研究电池老化、容量衰减的原因。本文通过dV/dQ曲线在线分析和电化学阻抗分析（EIS）动力锂离子失效机理。 具体内容如下： 1.富镍（Ni）层的三元正极材料因其高容量和结构稳定性在商用锂离子电池中的应用正受到人们的关注。硅(Si)/石墨负极和富镍(Ni)层状结构的锂镍钴铝（NCA）氧化物在商用21700高能量密度电池中配对，研究这种商用电池的电池性能和老化行为是至关重要的。在这项研究中，采用21700型动力电池dV/dQ增量容量分析，来测定可循环锂离子的数量(Li+)和活性物质的损失，比较了新鲜和老化的正极/负极半电池电极的锂化和去锂化能力。结果表明，即使负极材料中添加了硅，负极上也会出现裂纹，导致接触损失和固态电解质界面层(SEI)增厚。在正极侧，主要粒子界面裂纹导致正极材料损耗、接触损耗和阻抗升高。因此，电池的老化失效，主要是由于正负极活性材料的损耗和活性离子的损失。 2.富镍NCA-硅石墨动力电池近些年来在新能源汽车应用中的快速发展，越来越受到人们的重视。富镍型三元材料作为正极，可以明显提高了电池的结构稳定性和增大电池容量。硅碳负极材料具有较高的比容量，应用到电动汽车上，可以明显提高续航里程。与此同时，该类型电池的失效机理研究也吸引了学术界的兴趣，通过不同测试方法分析电池失效机理。在这项研究中，通过比较新鲜和老化的电极，包括晶体结构、形貌、元素组成和电化学性能的变化，分析了商业电池的降解机制。通过对比，发现相对新鲜电池，可以清晰看到失效电极中微裂纹的产生，从而降低了电池的容量保持率。此外，将拆解完的电极材料组装成对电极为锂片的半电池，测试半电池在不同充放电深度下的电化学阻抗，进一步分析电池失效原因。失效电池电化学阻抗发生了明显变化主要由固体中间相（SEI）膜的不断生长和增厚，以及Li+库存的损失。总之，通过结构表征和电化学阻抗测试分析，可以了解电池失效的主要原因，对后面商业电池失效的研究具有一定的前瞻意义。 |
| 作者： | 张瑞利 |
| 专业： | 材料工程 |
| 导师： | 沈玉华;劳力 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 安徽大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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