锂离子电池低温性能影响因素的分析与研究

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作者签名：谰峨丽
日期：劭咿ｊ月？Ｊ日
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ｒａｎｇｅ
ｍａｎｙ ｆａｕｌｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｗｅａｋ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｈｅａｖｙ ｌｏａｄ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｍａｎｙ
ａｎｄ ｓｅｃｕｒｉｔｙ
ｏｔｈｅｒ ｆｉｅｌｄｓ．
ｉｓｓｕｅ ｅｘｃｅｐｔ ｆｏｒ ｉｔ
ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｗｈｉｃｈ
学校代号：１０５３２
学 密 号：Ｓ１００７２０２７ 级：不保密
湖南大学硕士学位论文
锂离子电池低温性能影响因素 的分析与研究
Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
－
ｆｏｒ’ｉｔｈｉｕｍ．ｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｅＩｏｒ ｃｎａｍｌｌｔｈｌｕｍ ｒｏｔｒｅｏｙｒｅｔｔａＢ
ｅｎｅｒｇｙ
ｄｅｎｓｉｔｙ，ｌｏｎｇ ｌｉｆｅ，ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｌｅ ａｎｄ ｃｌｅａｎ ｅｔ ａ１．Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ
ａ
ｆｏｃｕｓ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｅｎｅｒｇｙ，ａｎｄ ｗｉｌｌ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｒｅｐｌａｃｅ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｎｉｃｋｅｌ・ｍｅｔａｌ ｈｙｄｒｉｄｅ， ｎｉｃｋｅｌ
６９．３６％。然后再注入动力型电解液。实验结果显示在Ｏ℃至．１０℃的低温环境下，
注入动力型电解液两种电池的低温性能相差不大，在一１０℃下，低温放电容量占常 温放电容量的比例分别为８６．８９％和８６．８６％，但在一５℃低温下，注入动力型电解液 两种电池的低温性能要优于注入普通电解液电池的低温性能。 （２）其次分析了锰酸锂正极材料、三元材料及磷酸铁锂正极材料对电池低温
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作者签名： 导师签名：
日期： 日期：
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锂离子电池低温性能影响因素的分析与研究
摘
要
锂离子电池作为新一代清洁且可再生的的能源系统，具有能量密度高、寿命
长、无污染等优点，成为能源中研究的焦点，将逐步取代传统的镍氢、镍镉、铅
ｃａｄｍｉｕｍ ａｎｄ
ｌｅａｄ・ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ．Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ
ｗｉｄｅｌｙ
ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｍｏｂｉｌｅ ｐｈｏｎｅｓ，ｄｉｇｉｔａｌ ｓｔｉｌｌ ｈａｖｅ
ｃａｍｅｒａｓ，ｌａｐｔｏｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ａｎｄ ｍａｎｙ ｏｔｈｅｒ ｆｉｅｌｄｓ．Ｏｆ
ｃｏｕｒｓｅ，ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ
性能的影响。实验结果显示，动力型锰酸锂正极材料的低温性能比普通型材料的
低温性能要好，０℃下低温放电容量占常温放电容量的比例分别为９４．２８％和 ７８．６４％，三元材料和普通锰酸锂材料的低温性能相接近，低温放电容量占常温放 电容量的比例为７８．７９％，铁锂材料电池的低温性能不及上述两种材料的低温性 能，低温放电容量占常温放电容量的比例为７１．８２％。 （３）再次分析了粘结剂及压实密度对磷酸铁锂电池低温性能的影响，实验结果 显示三种不同的粘结剂低温放电容量占常温放电容量的比例分别为７１．８２％、
ｃａｐａｃｉｔｙ／ｎｏｒｍａｌ
ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ
９５．３９％ａｎｄ ６９．３６％．Ｔｈｅｎ ｉｎｊｅｃｔ
ｄｙｎａｍｉｃａｌ
ｔｗｏ
ｋｉｎｄｓ ｏｆ
ｂａｔｔｅｒｉｅｓ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ａｔ Ｏ＊Ｃｔｏ－Ｉ Ｏ＊Ｃ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｇｅｎｔ
ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓ，ｎｏ
ｍａｔｔｅｒ ｗｈｉｃｈ
ｈａｖｅ
ａ
ｕｓｅｄ，ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ ｄｙｎａｍｉｃａｌ
ｔｈｅ
ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ
ｒａｔｅ
ｇｏｏｄ
ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｄｉｓｃｈａｒｇｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｔ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ
ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓ
ｏｆ ０℃，ｔｈｅ
Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ
Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ Ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ ＸＵ Ｚｈｉ
Ｍａｙ，２０１３
湖南大学 学位论文原创性声明
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所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到
ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ
ｍａｄｅ ｐｒｏｃｅｓｓ，Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｃｏｎｔｅｎｔ ａｒｅ
ｏｎ
ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：
（１）Ｆｉｒｓｔｌｙ
ｔｏ
Ｉ ｈａｄ
ａ
ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｈｏｗ ｔｈｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｇｅｎｔ，ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｔｏ ｈａｖｅ
ａｎ
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ
ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ
ｃａｐａｃｉｔｙ／ｎｏｒｍａｌ
ａ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｒｅ
９４．２８％ａｎｄ
ａｓ
wk.baidu.com７８．６４％，ｔｈｒｅｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ ｈａｖｅ
ｇｏｏｄ
ｌｏｗ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ａｒｅ
ｏｆ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｃａｐａｃｉｔｙ／ｎｏｒｍａｌ
ａｎｙ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ
９５．９８％ａｎｄ ９５．８６％，ｗｈｉｃｈ
ｍｏｓｔｌｙ ｈａｖｅ ＣＮＴ
ｂｅｔｗｅｅｎ
ｔｈｉｓ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｍａｋｉｎｇ ｗｉｔｈ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｇｅｎｔ
关键词：锂离子电池；导电剂；正极材料；压实密度；低温性能；
ＩＩ
硕士学位论文
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ａｓ
ａ
ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｌｅａｎ ａｎｄ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓｙｓｔｅｍ，ｌｉｔｈｉｕｍ・ｉｏｎ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｈａｖｅ ｍａｎｙ ｓｕｃｈ
ａｓ
ａｄｖａｎｔａｇｅｓ
ｈｉｇｈ
研究内容主要有以下几点：
（１）首先分析了导电剂及电解液对电池低温性能及其他电化学性能的影响，
实验采用碳纳米管和ＳＰ为导电剂，首先注入普通型电解液，研究导电剂对电池 低温性能的影响。实验结果显示采用碳纳米管导电剂电池的低温性能要比ＳＰ导 电剂电池的低温性能好，在０℃下低温放电容量占常温放电容量分别为９５．３９％和
ｌｉｔｈｉｕｍ
ｉｒｏｎ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｕｓｉｎｇ
ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃａｋｉｎｇ ａｇｅｎｔｓ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｈａｖｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｔｅ，ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ／ｎｏｒｍａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｒｅ ７ １．８２％，７７．８８％ａｎｄ ７８．８５％． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗｅ ｍａｄｅ ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ、析ｍ ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ． ｗｈｉｃｈ ａｒｅ １．７ ｇ／ｃｍ。，１．８ ｇ／ｃｍ－３，１．９ ｇ／ｃｍ＂３，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｓｔ
酸等能源电池，已经被广泛的应用到手机、数码相机、笔记本电脑等各个领域。
虽然锂离子电池具有多方面的优点，但也存在一些缺点，如电池的低温性能、倍
率性能、安全问题等制约着锂离子电池在其他领域中广泛的应用。 本文主要针对电池的低温性能对电池制作过程中所使用的导电剂、电解液、
正极材料、粘结剂及工艺压实密度对电池低温性能的影响进行了分析研究，具体
ａｔｔｅｒｙ
ｂｙ
ＨｕＹｕｅｌｉ
Ｂ．Ｅ．（Ｈｕｎａｎ ＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙ）２０１０
Ａ ｔｈｅｓｉｓ ｓｕｂｍｉｔｔｅｄ ｉｎ ｐａｒｔｉａｌ ｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ
Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ
Ｍａｓｔｅｒ
ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ ｔｈｅ
ａ
Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｄｉｓｐｌａｙ ｔｈａｔ
ｉｎｊｅｃｔｅｄ
ＣＮＴ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｈａｓ
ｇｏｏｄ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ａｔ ｔｈｅ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｔｏ
ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓ ｏｆ ０＊Ｃ，ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｒｅ
ａｎｄ
ＳＰ．Ｂｕｔ ｗｈｅｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｒｏｐ ｔｏ－５＂Ｃ，ｔｈｉｓ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ
ｍａｄｅ诚ｍ ＣＮＴ
ａｎｄ ＳＰ，ｉｎｊｅｃｔｅｄ ｗｉｔｈ
ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ
ｄｙｎａｍｉｃａｌ
ａ
ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｈａｖｅ
ａ
ｂｅｔｔｅｒ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｒｅｓｔｒｉｃｔ ｉｎ、析ｄｅ
ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ
Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｈａｄ
ａ
ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ａｒｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ，
ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ａｇｅｎｔｓ，ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ，ｃａｔｈｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｈｉｃｈ
７７．８８％、７８．８５％。实验制作三种压实密度分别为１．７９／ｃｍ一、１．８９／ｃｍ一、１．９９／ｃｍ．３
电池，实验结果显示，压实密度为１．８９／ｃｍ。电池的低温性能最好。 （４）最后分析了恒流及阶梯式化成方式对电池低温性能的影响，实验结果显 示在一定范围内化成电流的大小对电池性能并无多大影响，而化成的方式对电池 的低温性能有一定的影响，恒流化成电池要优于阶梯式化成电池。
ｗｅｌｌ
ａｓ
ＩＩＩ
锂离子电池低温性能影响因素的分析与研究
ｃｏｍｍｏｎ ｌｉｔｈｉｕｍ ｍａｎｇａｎｉｔｅ ｃａｔｈｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌ，ａｔ ｔｈｅ
ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓ ｏｆ ０℃，ｔｈｅ
ｒａｔｅ
ｏｆ
ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ／ｎｏｒｍａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｓ ７８．７９％，ｌｉｔｈｉｕｍ
ｉｒｏｎ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｈａｓ
ａｔ
ａ
ｍｏｒｅ ｉｎｆｅｒｉｏｒ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｈａｎ ｏｔｈｅｒｓ ｍａｔｅｒｉａｌ，
ｔｈｅ Ｏ＊Ｃ，ｔｈｅ
ｒａｔｅ
ｏｆ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ
ｃａｐａｃｉｔｙ／ｎｏｒｍａｌ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｈａｎ
ｏｆ
ｉｎｊｅｃｔｅｄ
ｗｉｔｈ ｃｏｍｍｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ．
（２）Ｓｅｃｏｎｄｌｙ
Ｉ ｍａｉｎｌｙ ｈａｄ
ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ｌｉｔｈｉｕｍ ｍａｎｇａｎｉｔｅ，ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｒｅｅ ｅｌｅｍｅｎｔ
ａ
ｃｏｂａｌｔ，ｎｉｃｋｅｌ，ｍａｎｇａｎｅｓｅ，ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｒｏｎ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ ｄｙｎａｍｉｃａｌ ｌｉｔｈｉｕｍ ｍａｎｇａｎｉｔｅ ｃａｔｈｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｈａｖｅ ｂｅｔｔｅｒ ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｌｉｔｈｉｕｍ ｍａｎｇａｎｉｔｅ ｃａｔｈｏｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌ，ａｔ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓ ｏｆ ０℃，ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ
ａｎｄ ｔｈｅ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ
ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｓ ７ １．８２％．
（３）Ｔｈｉｒｄｌｙ Ｉ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ
ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｅｆｆｅｃｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃａｋｉｎｇ ａｇｅｎｔ
ｔｏ
ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｈａｖｅ
ｏｎ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ
ｌｉｔｈｉｕｍ—ｉｏｎ
ｂａｔｔｅｒｉｅｓ．Ｕｓｉｎｇ ＣＮＴ ａｎｄ ＳＰ ａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ
ｔｏ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ．
ａｇｅｎｔ
ｍａｋｅ
ｔｗｏ
ｔｅａｍｓ
ｏｆ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ．Ｆｉｒｓｔ
ｉｎｊｅｃｔ ｃｏｍｍｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ