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储存后锂离子电池的性能研究

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收稿日期：2008-12-12基金项目：国家自然科学基金(20773157)；国防科技创新基金(CXJJ-09-M41)；上海市自然科学基金(08ZR1422500)；上海市学科带头人项目(07XD14035)作者简介：李佳(1982—)，男，河北省人，博士生，主要研究方向为锂离子电池及相关领域；导师：夏保佳(1961—)，男，江苏省人，博士，研究员，主要研究方向为化学电源技术。

Biography:LI Jia (1982—),male ,candidate for Ph D;tutor:XIA Bao-jia (1961—),male ,researcher.储存后锂离子电池的性能研究李佳，张建，张熙贵，杨传铮，夏保佳(中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海200050)摘要：以不同温度、不同荷电态对锂离子电池进行储存实验，通过X 射线衍射光谱法(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)等手段研究了储存前后电极活性物质结构和表面形貌的变化；并对储存前后的电池进行测试，研究了储存对锂离子电池的容量、循环稳定性和安全性等综合性能的影响。

结果发现，经不同荷电态高温储存后，锂离子电池正负极活性物质的体相结构没有发生变化，但其正极材料的微晶尺度和微应力随储存时荷电态的升高而减小；储存后，正极表面出现较明显的钝化膜，负极表面的固体电解质相界面(SEI)膜增厚。

经高荷电态储存后，锂离子电池的交流内阻和厚度变大，1C 容量发生衰减，电极充放电极化增大，电池的1C 循环性能下降，安全性能下降；放电态储存后，电池的综合性能无明显变化。

说明，放电态储存对于锂离子电池是一种较好的储存条件，有利于储存后电池综合性能的保持。

关键词：锂离子电池；储存；微结构；综合性能；安全性中图分类号：TM 912.9文献标识码：A 文章编号：1002-087X(2009)07-0552-05Study on the performance of lithium ion battery after storageLI Jia,ZHANG Jian,ZHANG Xi-gui,YANG Chuan-zheng,XIA Bao-jia(Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200050,China)Abstract:Lithium ion batteries were stored at elevated temperature in different state of charge (SOC).The structure and morphology of the electrode materials were investigated by means of XRD and FESEM,and the generalperformances of the batteries before and after storage were tested.The experimental results revealed that afterstorage at elevated temperature ,the microcrystal and microstress of cathode material reduced as the storing SOC ofbatteries going up,though the bulk structures did not change.Meanwhile ,during storage there deposited apassivation film on the surface of cathode as the SEI (solid electrolyte interface )film on the anode getting thicker.After stored in high SOC ，the general performance of the batteries changed more obviously,including the fading of 1C capacity,the deterioration of 1C cycling performance ,the degradation of safety performance and so on.However,the performance of the lithium ion batteries that were stored in low SOC condition didn't degrade.Therefore ,it can be concluded that storage at low SOC condition is propitious to keep original general performance of lithium ion battery.Key words :lithium ion battery;storage ;microstructure ;general performance ;safety 锂离子电池以其能量密度大、工作电压高、循环寿命长和自放电率低等特点，越来越受到人们的关注，其应用范围也在逐渐拓展[1]。

然而，与其它电池相同，锂离子电池在使用过程中也会存在着或长或短的储存搁置，人们对其在储存过程中的内部结构和性能变化作了一些研究[2-4]，但基本上都只限于电池的容量衰减和自放电。

随着锂离子电池的应用范围向EV 、HEV 和PHEV 等的配套电源方向发展，其大型化带来的安全隐患日益增加，关于锂离子电池热分析和安全性方面的研究报道越来越多[5-7]。

然而目前，关于锂离子电池的储存对其安全性能的影响还鲜有报道。

因此，本文以锂离子电池的储存和安全性为切入点，研究了不同储存条件(荷电态、温度和时间)对锂离子电池综合性能的影响。

1实验1.1电池制备本研究采用的电池为上海贯裕公司生产的503759型铝塑膜包装锂离子电池。

其正极活性材料为LiCoO 2(湖南产)，负极活性材料为人造石墨(上海产)，电解液为1mol/L LiPF 6/(EC ＋DMC ＋DEC)(1∶1∶1)(张家港产)。

电池的制备工艺简述如下：将正极材料LiCoO 2、导电剂和黏结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按比例在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中充分混合制浆，在专用涂布机上将其均匀涂布在铝箔上，然后经烘干、辗研究与设计压、分切等工序制成极片。

负极极片的制作方法类似，采用水性黏合剂涂布，集流体为铜箔。

将正负极片采用叠片工艺制成电芯，后经焊接、烘干、包装、注液、一次封口等工艺，制成电池。

电池经过化成、二次真空封口、分容、预充等工序后，制成成品电池。

1.2电池的性能测试室温下，使用深圳产新威充放电仪对电池进行性能测试。

测试项目包括：电池的1C容量和1C充放电性能，新电池和储存后电池的1C循环性能。

电池的充放电制度为：以1C电流充电至4.2V，然后恒压充电至电流降至0.01C；静置30 min；以1C电流放电至2.75V，此为一个循环。

1.3电池的储存将测过初性能的电池完全放电，对部分电池以1C倍率电流充电30min和充电至4.2V恒压，使电池分别具有0%、50%和100%SOC，然后将三种荷电态的电池分别在(55±2)、(65±2)、(80±2)℃的恒温箱中进行开路贮存。

1.4微结构分析为了研究储存过程中电极活性材料微结构及表面形貌的变化，在充满氩气的手套箱中，对新电池和以条件储存后的电池进行解剖，取下正负极片若干，用DMC溶剂反复清洗后，自然干燥。

分别刮下正、负极活性材料，在Rigaku D/Max 2200PCX射线衍射仪上进行X射线衍射分析，分析的内容有物相结构鉴定、点阵参数、微结构等。

剩余极片在日本岛津(Shimadza,Japan)公司的场发射扫描电子显微镜(FESEM)上进行表面形貌观察。

1.5电池的安全性能测试在诸多的安全测试项目中，过充电对锂离子电池最重要，也最能反映电池的安全性优劣。

因此，本文选择过充电项目来检测储存对电池安全性的影响。

具体测试步骤为：在深圳产新威充放电仪上，以1C倍率电流将电池按1.2介绍的制度充满电后，再以3C倍率电流将电池充电至5V，然后恒压充电至电流降至0.01C。

下面简述此过充电制度为“3C5V过充电”。

将热电偶固定在电池表面中心位置，实时记录电池温度的变化。

2结果与讨论图1为以不同荷电态在55℃下储存110d前后电池的照片。

可以看出，以100%SOC储存后电池发生严重气胀现象，以50%和0%SOC储存后电池气胀现象不明显。

这可能是由于在高温高荷电态条件下储存后，电池内部发生了较严重的副反应，产生了大量的气体。

2.1电池储存前后电极的微结构图2和图3分别是电池以不同荷电态在55℃下储存前后正负极活性物质的XRD图谱。

从图2中可以看出，储存前后正极活性物质体相结构没有发生变化，仍清晰地表现出Li-CoO2的特征峰。

但仔细观察可以发现，储存前样品的(003)峰强度很高，但经高温储存后其强度大大下降。

同时发现，高温高荷电态储存后，正极材料LiCoO2的部分XRD峰(如003、101)出现宽化效应，这说明储存后其微结构可能发生了变化。

由图3可以发现，储存前后负极活性物质体相结构没有发生变化。

利用Jade6.5软件对XRD谱进行拟合后，对所得到的数据进行计算分析，结果如下。

表1为电池储存前后正负极活性物质的晶格参数。

从中可以发现，储存前后正极活性物质LiCoO2和负极活性物质石墨的晶格参数a和c没有太大的变化。

这说明储存对材料体相结构没有显著影响。

X 射线衍射(XRD)的真实线形包含了晶体不完整性(如小的晶粒尺寸和微畸变)的信息。

衍射线条宽化效应可由微晶细化引起，也可由残余应力引起，或者两种效应同时存在，在微晶、微粒或微孔材料以及纳米材料的XRD 分析中常会遇到。

我们前面的工作[8-10]，已经在近似函数的基础上，提出并建立了分离微晶-微应力-堆垛层错三重宽化效应的最小二乘法。

本文利用这种方法来研究电池储存过程中正负极活性材料的微晶和微应变的变化。

表2为电池储存前后正负极活性物质的微结构变化。

从中可以发现，储存后正极材料的微结构的变化比较明显，其微晶尺度随储存时荷电态的升高而减小，微应变随其升高也同样减小。

而负极材料的微结构在储存期间变化不大，只是微晶尺度有小幅度的波动，微应变基本没有变化。

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锂离子电池的现状研究

锂离子电池的现状研究

锂离子电池的现状研究摘要：电池是储存有电解质溶液以及金属电极的容器，该容器可以实现能量的转化从而输出电能。

锂离子电池作为当前储能技术领域中重要储能技术手段，随着技术的发展，其在越来越多的场景实现了技术应用,本文通过对锂离子电池发展现状开展探究，以期为相关的研究人士提供可参考的价值。

关键词：电池；锂离子电池；储能技术一、锂电池综述电池是储存有电解质溶液以及金属电极的容器，该容器可以实现能量的转化，从而输出电能。

按照内部反应类型的不同，电池可以分为物理电池、化学电池以及生物电池。

按照充电与否又可以将电池分为一次电池和二次电池。

一次电池又称为不可充电电池，而二次电池又名充电电池，二次电池可以在电池放电后通过充电的方式实现电池的循环使用，该类电池包含有铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池，当前在二次电池的应用上以锂离子电池为主。

按照锂离子电池的外包装不同，可以将其分为圆柱、方形以及软包这几个类型，其中前两种类型的锂离子电池在外壳材料的选用上以硬质的材料为主，因此在硬度表现上表现为硬包装。

与之相反，软包锂离子电池则采用的是铝塑膜形态的软性包装，在常见的软包电池中单片电池通过运用铝塑膜进行密封可以对内部的电解质起到很好的保护作用，在应用的领域中，当前锂离子主要以三种形式存在，一种是消费用电池，一种是储能用电池，另一种则是动力用电池。

在工艺的划分上，按照生产的位置不同，锂电池可以分为前端生产工艺、中端生活工艺以及后端生产工艺。

我们可以将锂离子电池分为两部分，一部分为正极，在正极中的连接材料通常为铝箔。

在电池的中间部分为聚合物隔膜，该隔膜可以将正极与负极做好隔断，这样的隔断可以在阻断e-通过的同时保证Li+的正常通行。

另一部分为电池的负极，负极的材质主要是石墨，与正极连接材料不同，负极材料通常为铜箔。

电池的电解质存在于电池的顶端与末端，在外壳的材质的选用上，电池多采用硬质外壳。

不同状态下的锂离子电池其Li+运动轨迹存在有本质上的区别，充电时，Li+由正极出发通过中间的隔膜最终完成向负极的移动；放电时， Li+则是从负极出发通过中间的隔膜最终完成向正极的移动。

锂离子电池的研究进展及应用前景精选全文完整版

锂离子电池的研究进展及应用前景精选全文完整版

可编辑修改精选全文完整版锂离子电池的研究进展及应用前景近年来，新能源电池市场的发展迅猛，尤其是锂离子电池，在家用电器、电动车、太阳能等领域得到了广泛的应用。

对于锂离子电池的研究，不仅能够提高电池的性能，同时也能够为其更进一步的应用提供技术支持。

本文介绍了锂离子电池的研究进展以及其应用前景。

一、研究进展1. 电极材料改进电池的性能主要取决于电极材料的性质，因此在锂离子电池的研究中，电极材料的改进是必不可少的。

传统的电极材料为石墨，但石墨有低比容量、低导电性、易热化等问题。

近年来，锂离子电池的革新主要是基于正极和负极材料之间的平衡。

目前用于正极的材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等，用于负极的材料主要有石墨、金属锂、硅材料等。

这些材料科技的不断创新进步，使得锂离子电池的性能得到不断提升。

2. 电解质电解质是电池中极为重要的部分，因为它赋予电池主要的性能（如循环性能、电池容量、能量密度等）。

在传统的锂离子电池中，一般使用液态电解质，但液态电解质有泄漏的风险，而且易于氧化和燃烧。

为了提高电池的安全性和循环性能，目前锂离子电池中主要使用固态电解质。

固态电解质中，最为主流的是氧化铝、氧化锆等陶瓷材料。

固态电解质具有优异的化学稳定性，与高无效性的锂电求得更高电化学性能和更安全性的使用。

3. 电池系统除了电极材料和电解质的改进之外，电池系统的研究也是锂离子电池中一个必不可少的研究领域。

在电池工作过程中，电极和电解质之间的变化会影响电池的循环性能。

而电池系统从整体的角度出发，可以有效的解决这一问题。

电池系统研发的一个核心是电池管理系统（BMS），BMS在锂离子电池中起着重要的作用，它将对电池的使用和维护起到至关重要的作用。

同时，电池系统的研究还包括了钝化处理、电极的表面改性等专业技术的研发。

这些研究都可以有效的提高锂离子电池的研发与应用。

二、应用前景随着汽车、家用电器、通讯等领域的快速发展，锂离子电池在各个领域得到了广泛的应用。

锂离子电池的研究现状与发展趋势

锂离子电池的研究现状与发展趋势

锂离子电池的研究现状与发展趋势随着科技的不断进步和社会经济的不断发展，人们对能源解决方案也提出了更高的要求。

对于移动设备、电动汽车等领域，电池作为电力储存的核心技术之一，已经成为人们关注的焦点。

而锂离子电池（Li-ion）又作为一种高能量密度、长寿命、环保的电池技术被广泛了解和应用。

锂离子电池是一种通过锂离子在电池的两个极板之间来实现充电和放电的电池技术。

锂离子电池以其充电周期长、充放电效率高、功率密度大等优势，在消费电子、电动汽车、无人机、储能等领域发挥了重要作用。

在充电电源储能方面，锂离子电池不仅能够满足小型家电、手机、平板电脑等日常生活用品的需求，而且也能够为电动汽车等高负荷、高流量应用提供可靠的动力源，因此在市场上具有重要的竞争力。

然而，随着新兴科技的诞生和市场的发展，锂离子电池技术也在不断地面临着新的挑战和需求。

例如能量密度的提高、安全性和稳定性的加强以及生产成本的降低等。

因此，在锂离子电池方面的研究，也变得更为重要和紧迫。

目前，锂离子电池领域在多个方向上进行研究和开发，以提高电池的容量、性能、安全性和稳定性。

在这些研究领域中，可以从以下几个方面来讨论锂离子电池的研究现状和发展趋势。

一、锂离子电池技术的研发随着新兴科技的不断涌现，锂离子电池也在不断的进行技术研发。

在电池材料、结构设计和储能方面都不断地探索和创新。

例如，磷酸铁锂电池、三元杂化电池等新型电池技术，都在寻求提高电池容量和安全性的同时，尽可能地减小电池尺寸和重量。

同时，也在积极研发新颖的电极材料、隔膜材料和电解液等领域，以提高锂离子电池的能量密度和充电速度。

二、锂离子电池的节能与环保随着人们对环保问题的重视，锂离子电池也越来越注重做到能源的高效利用，同时尽可能降低对环境的影响。

在生产流程上，采用新的技术、设备，使电池制造的污染得以降到最低。

例如在生产中采用“水基涂布技术”对电池进行涂布，这种方法的环保性能和能源消耗都比传统生产方式更加高效。

锂离子电池安全性能的研究与评估

锂离子电池安全性能的研究与评估

锂离子电池安全性能的研究与评估随着科技的不断发展，电池在我们生活中的地位也变得越来越重要。

随着新能源汽车的普及以及智能手机，平板电脑等便携式电子产品的使用，电池的需求量也不断增加。

而目前最为普遍的电池类型之一——锂离子电池，虽然具有良好的稳定性和输出性能，但由于其本身涉及到许多安全性问题，因此需要对其安全性能展开全面的研究和评估。

一、锂离子电池的安全问题在过去几年中，人们对锂离子电池的安全性问题一直关注着。

电池的自燃、爆炸等问题都曾经引起社会各界的广泛关注。

作为一个干电池技术，锂离子电池已经经历了四五个阶段。

目前，锂离子电池已经成为了最受欢迎和常用的电池类型之一。

然而，无论是在充放电过程中还是在储存期间，锂离子电池中都存在着安全性问题。

首先，因为锂离子电池是一种化学电池，其中的电解液十分腐蚀性，一旦电解液泄漏或发生爆炸，会对人们的生命和财产造成威胁。

此外，锂离子电池容易发生热失控，过度充放电和短路都有可能导致电池热失控，迅速升温，进而引起爆炸或火灾。

二、锂离子电池安全性能研究现状针对锂离子电池的安全性问题，业界进行了广泛的研究，主要集中在以下两个方面：1. 锂离子电池的材料研究：为了提高电池的安全性能，目前的研究主要致力于材料领域。

如在正负极材料的选择方面，研究人员在多个先进合成工艺的基础上提出了各种新型材料，以提高电池的储存能力、输出功率和安全性能。

此外，还有学者通过改善电解液组成、添加剂等方法探索提高锂离子电池安全性能的方案。

2. 锂离子电池的数字建模：为了更好地理解锂离子电池的性能，研究人员开展了基于数值模拟的锂离子电池研究，以深入了解电池的运行和性能优化。

通过数值模拟，研究人员可以模拟电池内部的化学反应、热效应、电极和电解质的交互作用等。

这些仿真结果让研究人员能够更好地预测电池的性能和安全性能。

三、锂离子电池安全性能评估方法通过以上研究可知，锂离子电池安全性能的提高需要不断深入的研究和评估。