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本文由hexianneng贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳.建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看.哈尔滨丁程大学硕十学位论文摘要铿离子电池除工作电压高、循环寿命比能长、量高及使用温度范围宽外, 还具有体积小、质量轻、可快速充放电、无记忆效应和环境友好等优点, 不但满足了小卫星对电源系统越来越高地要求, 同时也达到了提高有效载荷、减轻卫星发射质量地目从而可以地, 产生明显地技术经济效益, ２世纪是１发展地理想能源 .本文对航天用铿离子电池及性能进行了研究, 主要包括电池地结构设计、充放电性能、安全性能、一致性及循环性能地研究, 此外还模拟低轨道地球卫星进行了循环寿命实验及环境模拟实验.通过对电池充放电及倍率性能性能地评估, 最终选Ａ厂家提供地正择极材料Ｌｏ２并Ｉ０, 根据该Ｃ材料地特性和电池参数设计出电池结外壳及密构、封件, 最终完成电池地制备. 设计出地电Ｃ倍率放电池Ｚ地容量保持率为９％８；在一℃、一℃及一００１０２℃下地放电容量分别为初始容量地９ , １７７１％、９％及, ３％８３；在１％０放电深度时比能量达到１认瓜；电０５飞９池以０Ｃ倍率．５做循环寿命实验, ４次循环后电９０池容量仍为初始容量地８, ６６％,电池表现出良好地充放电性能. 电池地过充电压只能达到５ , ．ｖ６其过充电性能需进一步改进,而电池顺利通过热冲击测试、重物冲击测试及过放电测试 ,均没有起火或爆炸.电池一致性评估结果表明：在整个充放电过程中, 电池电压变化幅度均很小, 误差在士ｏｖ之间,表现出良一致性；电．ｓ０ｌ好地池内阻较小, 但其一致性有待进一步提高.用于低轨道地球卫星地单体电池地面模拟实验结果表明：％Ｏ５２ＤＤ时循环次数超过２０周, ％Ｏ循环次数超过１８周, ％Ｏ循环０８０３ＤＤ时４９００４ＤＤ时次数超过１５周, ９１０电池放电终止电压不低于３ . ．在整个环境模拟实ｖ６验过程中,电池没有出现鼓气或漏液现象.１２０次循环以后电池组电压在２万５ｖ附近并趋于平稳.电池表现出良好地充放电性能和循环性能.关键词：铿离子电池；充放电性能；安全性能：低轨道地球卫星；放电深度哈尔滨Ｔ程大学硕十学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＬｔｕｉｔｒａｔｕ切ｄｈｒｅｔｓｕｈａｉｈｏｔｏａｅｈｉｏｔｎｉｃａｔｓｃｓｃｓｈｇｖｌ罗, ｉｍｎｂｙｓｓｓｉｈｇｎｃｉａｒｉａｌｇｌ , ｇｓｃｃｎｒ币ｄｒｇｏｕｉｔｎｒｕｅｓａｖｌｅｏｉｈｈｐｉｅｇｎｆｉｅｆｅｙｅａｅｆｎｅｐａｒｍｌｏｕ , ｅｉ , ｎｓｇｌｔ , ｌｍｅｌｑａｔｃｇｇｓｎｍｍｒｅｃａｄｏｈｉｓｉｓｌ , ｉｕｉｈｉｆ , ｅｙｆｔｎｓ几ｗｃａｓａｌ５ｔｈｇｌａｎａｏｏ , ｙｒｔｅｏｈｆｔｉｔｙｅｔｅｉｅｄｍｈｈｒｅａｄｆＰｗｓＰｙｓｎａｔｓ叮ｉｅｉｒｅｃｎｙｇｎＯｏｒｅｕｌ１１ｔｈａｅｔ ,ｎｅｒＰｙｓｅ , ｅＪｍｃａｆｉｅｓｉｅｃｌａｄｄｒｅｔｕ１ｏｓｌＬｔｕｉａｅａｉａｅｅｙｏｎｅｅｈａｉｆａｌｄａｃａｅｑｔｓｙｅｔｔｉ１１ｏｔｒｓｄｌｎｒｅｈｍｎｂｙｅｇｓｕｅａＰｄｅｕｈｎｒｅｏｍｃｎｆｉＺｃｎｒｏｒｃｒｕｍｃ〔ｅｃｎｉｂｅｉｎｌｅｔｙｃｎｏｃｏｏｅｔＵ门Ｔｅｓｎｐｆｍｎｆｉｕｎａｅｅｅｔｉｈｂｔｒａｄｒｒａｅｏｌｉｏｂ廿ｒｗｒｓｄＴｅａｅｈｄｉｅｇｎｅｏｔｍｉｈｙｕｅｄｔｙｓｃｒａｄ伴ｒｒａｅｏｃａｅｄｄｃｒ ,ａｔｃｎｓｎａｄｔｔｅｔｆｍｎｆｈａｉｈｇｓｙｏｓｌｔｕｒｕｎｈｏｃｅ电ｎｓａｅｆ, ｅｉｅｎｃｅ , ｅｎｌｙｄｄＴｅｘｎｅｓｆｃａｄｅｖｏｅｔｉｕｉ界ｌ、ｒｒａｓｉ．ｈｅｐｍｎｏｃｌｎｎｌｎｎｓｌｏｅｌｕｕｔｅｅｉｙｅｒｍｍａｎｔｓｕｎＬｗＥｈｒｉＳｌｔ、ｒａｏａｉ．ｉｌｇＯａ０ｔａｌ , ｅｓｃｒｅｍａｉｔｔ’ｘｂｔｉｅｌｅｅｄＴｅｐｓｖａｌｆｉｍｅａｏＡｃｍＰｙ、ｓｃｏｓ峨ｅｉｃａｅ阴ｄ七ｏｉｅｔｔｉｒｏａｖｈｅｒｔｈｇｎａｓｒｉａｅｄｈｇａｄｒｔＰｒｒａｃ叭ｒｖａａｄＴｅｂｔｒｓｃｒ, ｅａｄｃｓｒｎａｅｆｎｅｌｅｅｌｌ．ｈａｅｔ加ｅｓｌｎｅｏｍｅｕｅｙｒｕｈｈｎｃＰｓｅｅａｗｎｔｉｔｒｒｅｄｉｅａｃｄｔｍｔｉｃａｃｒｔｎａｅｓｎｃｒｎｅｇｄ０１ｏａｒｈａｅｓｃａｔｒｇｅａｒｔｉｄｂｙｌｉ‘ｒａｄｌＬａｅｓａｔ , ｌａｅ , ｐＰａｐｒｍｒ阴ｄｈｂ廿ｒ、ａｅｙａｅｒｔｓｅＴｅａｉｅｎｎａ８ｔＣｅｓｉａ１一℃ｔｒｅｏｗ９％ａＺＷｈｉｈｇｇ一℃, ０ , ｂｃ即ｙｔｐｉｔｓｎｄａｎｔ０ｃｘｎ３℃, ａａｉｅｎｉａ９％９％ｎ８３ｅｐｔｌ币ｎａｄ０ｔｃＰｃｒｔｔｗ‘７１ , ７ａｄ３％ｒｓＣｅ认ｅｅｈｙｔｅｏｎ１．ｅｉｙｖ．ｄｃａｉｗｔ０％ｄＰｏｄｃａ（ＯａｏＣｔＰｗｄｎｉｗｓｉｈｇｇｉ０ｅｔｆｉｈｒＤＤｔ． , ｏｅｓａｓｒｎｈｌｈｓ罗）Ｓｈｅｅｒｙｔｅｖｏｒｌ０ｌ , ５Ｗｈｇ阴ｄｔａａｉｒｅｔｎ、ｓ８．ａｅ９０ｃｃｓＴｅｋｈｐｃｔｅｎｏ , ６％ｆｒ４ｙｌ．ｂｅｃｙｔｉａ６ｔｅｂｔｒｅｈｉｄｏｄｈｇａｄｓａｅｒｒａ．ａｅｘｉｇｏｃａｅｄｃｒｐｆｍｎｙｂｅｔｒｎｉｈｇｅｏｃｅＴｅｖｈｎｏａｆ０ａｒ己ｅｅ．山ｓｃｉｖｌｅｏｌｂｅｏｙｒｈｓ , ｕｉ五ｏｒｒｅａｇｇｔｇｈＡｔｙｃａｄ６Ｖｓｔ讲雨加胡ｎｅｓｂｆｈ汕ＰｄＴｅａｅＰｓａｕｂｒｆａｔｅｄｏｊｒｏｃｅｔｅｉｅｒ．ｈｂｔｒａｄｎｍｏｓｙｎｅｖｔｓｙｅｅｅｆｅｔ‘ｈａｈａｎｉｏ , ｓｎ, ｖ一ｓａｉｒｔｃｉｅｔｓｓｅｔｇｎｖｃｈｇ . ｒｃｒｎｏｈｏｓｎｉｎｕｅｒｉｅｄｈｇｇＦｍｅｎｔｉｓｔｅｐｍｉｗｓｗｈｔｂｅｅｈｉｄｅｐｒｒａｅ阴ｈｘｎｅｔａｈｎｔｈａｒｘ１１ｇｄｅｆｍｎ , ｄｔｅｎｓｔｏｔａｅｔｙｂｅＯｏｃｅｏｔｅｉｒａｂｅ０１ｖ】ｇｄ免ｎｒｇｄｔｅ一０８ｎ０１ｎｔｗｏＰｃｓｂａｆｅｎｅｎ］ｃｅｅｗＶａ０８ｈｈｌｒｓＴｅｄＶｉｅｅｏ , ｅｂｌｒｒｓｎｅｌ ,ｕｉｃｉｎｎｄｔｂ１Ｐｖ．ａｙｅｌｃｗｏｂｔｎｓｃｅｅｏｅｍｒｅ忱ｓａａｗｔｏ１ｙｉｓｓｓｅｄｏｄＴｅｘｒｅｔｎ】ｉｏａｈｒａｌｎａａｏｅｔｍｎｓｌａＬｗＥｄ０ｂＳｉｏｅｔｗｄｎＩｈｅｐｌｉｕｎｅｔｇｔｅｅｉｔｔｒｓｈ．ｗｓｓｗｔｃｃｎｍｒ甲ｓｖ２００１８ａｄｌ９０ｒＰｃｖｌａａｈｎｈｙｌｕｂ、ｏｅ２８,９０ｏｔａｅｅａｒ４ｎｌ５ｅｅｅｙｔｓｔｉ哈尔滨丁程大学硕十学位论文２％Ｏ ,０ＤＤａ４％Ｏ , ｄｂｅｖ恤ｇｗｎｌｓａ３Ｖ５ＤＤ３％Ｏｎ０ＤＤａｔａｒｏｅａｏｅｔｎ．ｄｎｈ“ｙｅｓｓｈ６ｈｒａＴｅｗ加ｇＰｄｃａｎｌｉｌｋｉｔｗｏｅｅｍ．ｈＰｅｅｓｓ０ｄｄｑａｄｈａｒｕｅｎｏｉｄｅｅｎｈＩｘｒｅＴｅｉｕｅｅＰｉｎｔｌｖｌｇｖｂｕ２．ａｅ２ｙｌａｄｂｃ们ｔａｙｇａｕｌＴｅｏａｅ、ｓａｔ５Ｖｆｒｌ０ｃｃｓｌａｏＳｔｅｎｅａｅｓｄｒｄａｙｈ .ｅｌ．ｂｔｒｅｈｉｄｄｃ毗ｅｄｉｈ电ａｄ界ｌｐｒｎａｃ．ａｅｘｉｔ即ｅｈａｄｃａｅｎｃｅｅｎｎｅｙｂｅｎｓｏｆＫｙｗｒｓｉｕｉｂｔｒ；ｃａｅａｄｄｓａｅｐｒｎａｃ；ｓｆｙ．ｏｄ：Ｌｍｏａｅｈｒｎｉｃｒｅｆ刀ｎｅａｔｉｈｔｎｔｙｇｈｇｏｅ；ＬｗＥｈｒｉａｌ；ｄｐｏｄｃａｅＯａｏｔｔｌｔｒｂｓｅｉｅｔｆｉｈｒｅｔｈｓｇ哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文地所有工作,是在导师地指导下,由作者本人独立完成地.有关观点、方法、数据和文献地引用已在文中指出,并与参考文献相对应.除文中己注明引用地内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表地作品成果.对本文地研究做出重要贡献地个人和集体,均己在文中以明确方式标明.本人完全意识到本声明地法律结果由本人承担.作者（签字）：日：年多月期钟‘日哈尔滨工程大学硕十学位论文第１绪论章１１．锉离子电池概况锉离子电目池前有液态铿离子电ＬＢ和聚合物铿离子电ＰＢ池（）Ｉ池（Ｌ）Ｉ两类１２世纪６、年代发生地石油危机迫使人们去寻找新地替１一００７０代能源,由于金属铿在所有金属中最轻、氧化还原电位最低、质量能量密度最大, 因此锉电池成为替代能源之一. 锉离子电池研究始于２世纪８年代, ００９０１９年日Ｎｇｕ等人研制成以本ａｒｏａ石油焦为负极、Ｃ仇为正极地ＩＬＯ铿离子二次电池：ＬＣ！Ｃ０一ＣＥ｝ＩｏＩ６Ｉ１４＋ＣＬＣＯＬＰＺ同年, ｏ和ｏｉｓｎ两大电池公司宣布将推出以碳为负Ｍｌｙ极地铿离子电池. ９年,日９１１本索尼能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚糖醇热解碳（Ｆ）为负极地锉离子电池 .１９ＰＡ９３年 ,美国Ｂｌｏｅ（ｅｃｒ贝儿电讯公ｌ司）首先报导了采用ＰＤＶＦ工艺制造成聚合物铿离子电池（ＬＢ . Ｐ）Ｉ铿离子电池具有以下优点：电池工作电压高, 达到３Ｖ：．６循环寿命长；比能量高, 铿离子电池地比能量是福镍电池地２倍, 礴镍氢电池地１倍；刁较低地自放电率, 镍氢电池地自放电率每月达６％, ０镍锡每月达３％而０, 锉离子电池地自放电率只有６一％；使用温度范围宽, ％８铿离子电池具有优良地高低温性能 , 可在一０十０４￣６℃之间工作 .此外 , 锉离子电池还具有体积小、质量轻、可快速充放电、无记忆效应、无环境污染及安全性好等优点 ,是２世纪发展地理想能源 . １作为新一代高能二次电池产品, 锉离子电池在短短几年内就迅速超越了镍氢电池、镍锡电池等其它二次电池产品. １５从９年商品９化以来, 铿电池产品以每年递增约３％地速度持续快速发展. ０年, ０２０２铿离子电池地供应量已经占全球二次电池总供应量地３％５以上. ０年, ２０２全球对二次电池地总需求量为加亿只,其中锉离子电池地需求已经超过８亿只,而加０３年铿离子二次电池地产量业己超过了１亿只. ２哈尔滨工程大学硕士学位论文在过去地几年里,小型地铿离子二次电池为促进全球信息化社会地迅速发展起到了重要地作用 .而在不久地将来 ,新一代地铿离子二次电池不但将继续作为携带电话、便携电脑等小型携带电子设备地心脏部件发挥积极地作用, 而且研究和开发大型铿离子二次电池所取得地进展表明该类电池在电动汽车、空间卫星用电源、夜间电力、太阳能发电与风力发电、电力储藏等地应用也显示了极其重要地意义 .１．２锉离子电池工作原理及结构２１．反应机理图１是铿离子电．１池工作原理示意图. 铿离子电池实际上是一个铿离子浓差电池, 正负电极由两种不同地锉离子嵌入化合物组成. 充电时, ｉＬ＋从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,负极处于富锉态 ,正极处于贫铿态 .放电时则相反, 十ｉＬ从负极脱嵌, 经过电解质嵌入正极, 正极处于富锉态. 铿离子电池地工作电压与构成电极地铿离子嵌入化合物和铿离子浓度有关.目前,用作铿离子电池地正极材料是过渡金属和锰地铿离子嵌入化合物 , 负极材料是铿离子嵌入碳化合物 ,常用地碳材料有石油焦和石墨等 .国内外已商品化地铿离子电池正极材料是Ｌ . , Ｉ仇负极是层状石墨, Ｃ电池地电化学表达式为：（ｃｌｏＬＬＦＥ＋ｎｃｉｏＺ＋）一ｃＥ｝ｃｏ（一）‘ｍｌ’Ｉ６ｌ·ＩＰＬ在充放电过程中, ＋ｉＬ在两个电极之间往返嵌入和脱嵌, 被形象地称为“摇椅电．池”必须指出, 在过充电时,如何防止金属铿地生成,提高电池安全性能,是锉离子电池研制地重大技术关键.对于航天用铿离子电池,关键是要解决电池地一致性和可靠性问题 .２：２电池结构铿离子电池有方形和圆柱形 ,本实验所采用地均是方形铿离子电池 .锉离子电池地结构同镍氢电池等一样, 一般包括以下部件：正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、绝缘体、安全阀、哈尔滨工程大学硕十学位论文过充电将导致不可逆地容量损失和极化电压增大, 且价格高, 对环境有污染, 目前使用量在减少 . 表１几种典型地正极材料容量比较１Ｔ生ｌＣｍＰｉｏｓｖｒｌｉｄｏＰｓｉｍｅａｂａｅ．ｏａｓｆｅｅａｋｓｆｏｉｅａｒ１１ｒｏｎｎｔｖｔｉ正极材料ＬＩ０２ＣｏＬｉＮＩ０２理论容量（Ａ）ｍ咏２７４２７４１４８２７５可逆容量（Ａ板ｍｈ）１０￣１０３４１０￣２１９０￣１２０１０８ＬＭｎ０Ｉ２‘ＬＮｏＣ２２Ｉｉ吕ｏ００ＬＮｉＣｏＭ助１２ＩｏｏＺ , ０１０１０４￣５１５０１７０ｖｏ凝胶ＺｓＬＩｅＯＦＰ４用于铿离子电池正极材料地Ｎ仇具有与Ｌｏ２ＩＬｉＩ０类似地层状结构. Ｃ其理论容量为７ｍｈ , ２Ａｇ实际容量已９ｍ柑ｌｏＡｇ工作电４／达１Ａ兮Ｚｍｈ , ０／压范围为２礴． . ．Ｚ该正极材料地主要优点为：自５Ｖ放电率低,无污染,与多种电解质有着良好地相容性,与Ｌｏ２Ｉ０相比价格便宜等. ＩＩＺＣ但ＬＯ具有致命地Ｎ缺点：Ｎ仇地制备条ＩＬｉ件非常苛刻,这给Ｌ０地商业化生产带来相当大Ｉ２ｉＮ地困难；ＩｉＺ热稳定性差,在同等条件下与ＬＣ仇和ＬｎＬｏ地ＮＩｏＩＺＭ仇正极材料相比,ＬＩＺＮＩＯ地热分解温度最低（０℃左右）２ ,且放热量最多. 主要原因是由于充电后期处于高氧化态地镍（价）不稳定,氧化性强 , ＋４不仅氧化分解电解质, 腐蚀集流体, 放出热量和气体,而且自身不稳定, 在一定温度下容易放热分解并析出２０.当热量和气体聚集到一定程度时, 就可能发生爆炸, 使整个电池体系破坏. ＩｉＬ仇在充放电Ｎ过程中容易发生结构变化,使电池地循环性能变差. 这些缺点使得ＬＩＺＮＩＯ作为铿离子电池地正极材料还有一段相当地路要走 .由于ＬｎＩ仇正极Ｍ材料电化学性能好, 价廉, 低毒以及资源丰富等显著优点,近年来成为铿离子电池正极材料研究地新热点.铿锰氧化物主要有哈尔滨工程大学硕十学位论文尖晶Ｉｎ４石ＬＺ和层状ＬＭ仇两种结构. ＭＯＩｎ尖晶石型Ｌｎ４ＩＺ存在地主要问ＭＯ题是：初始可逆容量不高（２ｍ州）循环性能较差,高约１Ａ９ , ０温容量急速衰减 .通过掺杂和表面改性等修饰方法取得了一定进展,但并未从根本上解决这些问题 .层状Ｌ氏作为铿离子电池正极材料, ＩＭｎ具有无毒, 成本低, 能量密度和理论容量高（２ｍ吨）, 约８Ａ５耐高温, 耐过充过放等优点,被认为是最具有发展潜力地正极材料.层状ＬｎＺ同质多晶化合物 ,有正交ＩＯ为Ｍ０Ｉｎ２一Ｍ０和单斜ｍＬ枷０两种晶系结构. Ｌ一ｉ２橄榄石型Ｌ氏是一种新型地锉离子电池正极材料 ,理论容量为ＩＰｅＦ７Ａ９放电１ｍ川 , 平台为３ｖ无毒、０． , ４对环境友好、原材料丰富、比容量高及具有良好地循环性能和热稳定性能,是锉离子电池地理想正极材料 ,是目前被认为是最具有潜力地正极材料之一. ＩｅＯ较低地离子传导率及而ＬＰ４Ｆ电子传导率是制约其实用化地瓶颈. ＩｅＯ地电导提高ＬＰ４Ｆ率是目前研究地热点 ,主要有如下几种方法：（包覆碳或纳米金属粒子形成中间导电体；）１（）使合成物具有细小均匀地晶２粒尺寸；（掺杂,即掺杂少量金属离）３子合成缺陷半导体 .１．锉离子电池电解质．３３锉离子电池电解液分为液体、固体和熔盐电解质三类．铿离子电池采用地电解液１是在有机溶剂中－９］２１溶有电解质铿盐地离子型导体．虽然有机溶剂和铿盐地种类很多,但真正能用于铿离子电池地却很有限,一般作为实用铿离子电池地有机电解液应该具备以下性能：（离子电）１导率高；（）电化学稳定地电位范围宽；２（）热稳定性好,使用温度范围宽；３（）化学性能稳定,与电４池内集流体和活性物质不发生化学反应；（）安全低毒,最好能够生物降解. ５作为最佳电解液地溶剂 ,它必须尽可能满足下述要求：（熔点低、）１哈尔滨工程大学硕士学位论文沸点高、蒸气压低,从而使工作温度范围宽；）相对介电常数高,钻度２（低,从而使电导率高. 但是上述两个方面基本上相互冲突,实际上很难同时满足这两个要求.如沸点越高,薪度就越大.通常采用混合溶剂来弥补各组分地一些缺点.常用地有机溶剂如表１：．２表１常用电解液有机溶剂．２肠ｂ．ＯａｉｓｌｔｆｌｔｌｅｌＺｒｎｃｏｖｏｅｃｒｙｅｌｇｎｅｅｏｔＰＣＥＣＤＭＣＤＥＣＥＭＣＰＰｌｅａｂｎｅｏｒｙｅＣｒｏａｎｔｔｙｅＣｂａＥｈｌｅａｎｅｎｒｔｏＤｍｔｙＣｒｏａｉｅｌａｂｎｅｈｔ碳酸丙烯醋碳酸乙烯酷二甲基碳酸酷ＤｅＣｏａｉ场ＩａｎｔｒｔｂｅＥｈｌｔｙＣｒｏａｅｔｙＭｅｌａｂｎｈｔ二乙基碳酸酷碳酸甲乙酷铿离子电池使用地电解质盐有多种 ,从其在有机溶剂中解离和离子迁移地角度来看,一般是阴离子半径大地铿盐最好.电解质铿盐是提供铿离子地源泉, 合适地电解质铿盐必须满足以下要求：１良（）好地热稳定性；（）化学和电化学稳定性好；（溶液地离子电导率高；（分子量低 , ２）３）４在适当地溶剂中具有较好地溶解性；（使铿在正、负极材料中地嵌入量）５高和可逆性好等. 显然,单一地铿盐不可能全部满足上述条件.常见地铿盐有ＬＦ、ＬＩ、ＬＦ、Ｌｓ６Ｉ６Ｉ仇ＰＣＩ４ＩＦ、和一些有机锉盐如ＬＣ３３ＢＡＩＦＳ、０Ｌ（Ｆｏ）Ｌ（ｆｏ）Ｌ（Ｚｒ３Ｉｃ３Ｚ、ＩＲｓＺ、ｉｓｃ３等. Ｎｓ２Ｎｏ２ｃｏ）１．４锉离子动力电池地应用及开发铿离子电池以其特有地性能优势已在便携式电子产品如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用.前几年开发地大容量铿离子电池己在电动汽车中开始试用, 预计将成为２世纪电动汽车地主要动力电源之一, １并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用 .１．便携式电子产品．１４随着科学技术地进步和人们生活水平地提高,便携式电子器件不仅走哈尔滨工程大学硕士学位论文曰石石石亩奋亩面云石面三面面面面进了办公室, 而且走进了千家万户. 应用地电子产品包括通讯、便携式计算机和电子产品,包括手机、笔记本电脑、电子翻译器、微型摄像机、ＩＣ卡等 . 铿离子电池商品化以来发展非常迅速 .铿离子电池自问世以来 ,倍受便携式电器具市场地青睐 ,在移动电话、数码产品市场先声夺人之后 ,迅速拓展ＮＢＣＰ、便携式ＤＤ、ＰＳＰＡａｅ目标市场 ,并成为这ＶＨ、Ｄ、Ｇｍ等些市场地绝对主力产品. 铿离子电池地市场随着福镍电池市场地逐渐萎缩 ,手机、数码相机和游戏机对电池地需求 ,以及３移动电话服务推出 ,再加上手提电脑、数Ｇ码相机及其他个人数码电子设备日渐普及 , 在未来几年仍将保持快速增长 , 其市场潜力将更庞大 . 我国移动通信业地高速增长有目共睹 , 尤其是手机市场地爆炸式增长,使得以铿离子电池为主流地手机电池越来越多地受到业内各方地普遍关注 . 统计,以平均一部手机配备１据．电池计算 , ０８只２０３年底手机用户就需要４５．亿只电池 , ０年需要５亿只电池 , 对应地２０５．６７其产值分别为１６亿元、１４４亿元.手机电池是消耗品,其保用循环寿３．２１７．２命３０５０次, 比手机使用寿命短许多.此外 ,全球每年新生产地手机０至０数量大约在６亿部 ,需要地手机电池至少也要６亿只 ,年销售额就可以达到２０多亿元.因此 ,手机电池地市场不但是巨大地而且既长期又稳定 , ０极具持久力和潜在力 .总体而言 ,随着国内电子产品地日益发展 ,铿离子电池地需求和生产将不断增长 .１．电动汽车．２４随着社会文明地进步, 人们对保护环境地意识和要求日益高涨. 于是, 对汽车尾气给生态环境和城镇空气造成地严重污染愈来愈感不安,因此呼唤采用“绿色”池为动力地Ｅ车．电Ｖ与传统内姗机引擎汽车相比, 电动汽车具有以下明显优势：（低污染排放；（）低噪声、无废热；（提高）１２）３能源利用效率；（）缓解能源危４机；（）５不会产生内燃机油污,耗油率为“；（）零”６寿命长（０年）维修费大于１ , 用低,直接传动而驾驶平稳且哈尔滨下程大学硕十学位论文无歇停振动现象等 .目前,电动汽车存在地主要问题在于价格、行驶里程、动力性能等方面, 而这些问题地解决都与电源技术密切相关.电动汽车用动力蓄电池与一般启动用蓄电池不同：它是以较长时间地中等电流持续放电为主,间或以大电流放电用于启动、加速或爬坡,因此具有如下特殊要求：（能量）１密度高, 包括质量比能量和体积比能量；（高地功率密度和质量比功率；）２（较长地循环寿命,工作时间可长达１）３０年；（有较好地）４充放电性能和快速充放电性能, 较好地耐过充电过放电性能；（有好地电池一致、）５性；（）价格合理且维护方便等. ＳＢ ,电动工具用电６ｕＡｃ３ｌ］池发展计划如表１ . ．３随着铿离子电池技术地不断发展 ,锉离子电池产业将向动力型电源领域迅速发展,成为电动车地主导型产业.电动汽车中地铿离子电池地使用率正在明显上升 , 预计２０年电动汽车中地铿离子电池地使用率约占加％０５地比例 .据预测到２０年电动车年销售量为７万辆, 占世界汽车总销售０５２量地１％００．：２１年为１０２７万辆,占总销售量地２％.电自石动行车地铿动力电池技术开发已非常成熟,正处于产业化地前夜. 根据分析显示：中国有４个亿地自行车拥有量, ４这个亿如有２人能够换成电动自％地行车就需要２亿瓦时电池能量 .如果每颗高容量大型锉离子电池地能量是１Ａ４０ｈ（６）需要６０万颗电池 .我们调查表明,全国五大城市５％用３Ｗｈ ,共０７０自行车地人有使用电动自行车地愿望.此外, 混合电动车也需要大量铿离子电池.目有１家世界顶级汽车制造商将生产混合前, ９动力车, 生产地数量从２０年到２００４１０年将增长近１倍. ０这些混合动力车将引发大量地铿离子电池生产, 需求地数量甚至比现在地手机和笔记本电脑所需地锉离子电池还要多.哈尔滨Ｔ程大学硕十学位论文表１ＵＡＣＥ用电．ＳＢ制定地Ｖ池发展计划３Ｔｌ．Ｄｖ！ＰｅｔｒｇａｏｂｅｆｒＶｂＵＡＢｂａｅｌｅｅｍｎＰｒｆａｒｏＥｙＳＣ３ｏｏｍｔｙｅｔＵｌｔＴｓｌｉＰａｒｍｅｒａｔｅＭｉｄ介ｒｌｌｌ２５０ＬｎｅｏｇＴｒｍ６００ｙｅＴｐ＊Ｃ, ＰＭ, Ｃ, ＰＭ,ＰｗｒｎｉＷ／ｏｅＤｅｓｙｔＬＳｅｆＰｅ（ｉｈｅＷＰｃｃｏｒＤ“ａ）／ｉｗｉｇｒｇｋ（％ＤＤｏｅｃ８Ｏ／ｓ）０３ＳｅｆＰｅ（ｅｎＷＰｃｃｏｒＲｇ）／ｉｗｉｅｇｋ２（％ＤＤ０ｅ１ｓ０Ｏ／）ｃＥｅｙｅｓＷ·ｎｒＤｉｇｎｔｙ柑Ｌｃ３ｓａｇＲ（／Ｄｉｈｒｅａ）ｃｅｔ１０５４００７５２００ＣＭ, , Ｐ１５３３００ＣＭ, , ＰＳｅｉＥｅｙＵｇＰｆｎｒＷ·ｋｃｃｇｉ（／Ｄｓａｅａ）ＣｉｈＲ３ｃｒｔｇｅＬ（ｅ）ｉＹａｅｆｓｒＣｃｉ（ｙｌｓｙｌｆｃｃ）ｅＬｅｅ（０Ｏ）ＤＤ８％Ｐｅ＆ＣａｉＤｇａａｉｗｏｒａｃｐｔｅｒｔｏｙｄｎ（ｏｒｅｐ）ｃ％ｆｄｓｔａｅＵｔａＰｉ（／Ｗ·ｌｍｅｃ￥ｈｉｔｒｅｋ）（００ｎｉ＠４ｋｈ１, ０ｕｔ０ｓ０ｗ·）８０２００ＣＭ , , ＰＣＭ , , ＰＣＭ , , Ｐ５ｌ０６００１０ ,０２０％２０％Ｃ, , ＭＰ＜５５１０一３０￣６５６＜４８０一０％ＳＯＣｉｎ＜０￥１０一０８４一５３￣６０ｅｉＥｉｎｅ , ＰａｎｎｒｍｎＣｒｇｖｏｔ）ｔ（ＮｏａＲｃａｅｉ（ｏｒｍｅｒｌｈｒＴｍｅｈｕｓｇ）ＦＲｃａｇｉｅｔｓａｅｈｒｅＴｍＥｃｎｙｉｅｆｉｃＣ, , ＭＰＣ, , ＭＰＣ, , ＭＰ４一０Ｓ０８％ＯＣｉｎ＜１ｎｌｓ５ｍｉｕｅ８０％＜１５ｍｉｅＳｎＵｔ７５％Ｃ（／ｄｃａｅｈｕｃａｅＣｉｈｇ６ｏｒｈｒ）３ｓｒｇＳｌＤｓｈｇｅｉａｅ－ｆｃｒＴｈｅＩａｒｌＬＯＳＤＳ＜１％ｉ８ｈｕｓ５ｎ４ｏｒ３ＺＷ瓜Ｗｈ一＜５ｅｍｏｔ１％Ｐｒｎｈ．３２ＷｌｗｈｋＣ（ｒｉｅＰｒｔｒｂｅｉ）ｏｆｈｇｍｅａｅａｒｓｈｔｕｔｅ１％ｏｃ即ｉ５ｆａｔＰｙ４一ｏｒｅｏ８ｈｕＰｒｄｉ１ｆ叩ａ５ｃｃ％ｏｙｔｉ４一ｏｒｅｉ８ｈｕＰｒｄｏＰ＊Ｃ＝ｃｌＭ二ｍｄｌＰ＝Ｐｋｅ, ｌｏｕ , ｅｃａ哈尔滨丁释大学硕十学位论文１．航天领域．３４进入九十年代以来,小卫星地发展势头极为迅猛.由于广泛采用了新技术并拓宽了产品选用范围, 现代小卫星具有功能集成度高、研制周期短、费用成本低等特点,为国际航天界展示了一个极为广阔地开发和应用市场前景.卫星电源系统是卫星地关键分系统之一,它担负着为卫星地其它分系统和有效载荷供电地重要任务.电源分系统供电质量地优劣直接影响卫星整星地工作状态.因此,电源分系统地性能和可靠性指标要求很高. 作为小卫星平台地一项关键技术 ,电源分系统地技术水平影响并制约着小卫星地发展水平, 其性能、工作寿命、重量和价格对卫星总体设计有重大地影响.近年来,国外空间电源技术获得了飞速发展,小卫星电源由于采用了许多先进技术 ,真正实现了性能高、重量轻和体积小地目标 .提高电源分系统地性能和性能价格比等指标,对增加有效载荷、提高卫星性能和效益都有非常重要地意义. 与铅酸电池、福镍电池、镍氢电池及镍金属氢化物电池相比,铿离子电池有它自身地特点, 特别是它具有高地比能量及高地单电池电压,使其在航天领域地应用有一定地优势 ,因此 ,全球一些大公司和军事部门纷纷投巨资对航天用铿离子电池进行研究和开发“ ,并取得了一定地成效. 【一６１例如美国地ＮＳ、ａｌＰｈ和ｙｒｙＡＡＥｅｉｅｇ一ｃｒ乞ｎ公司,法国地ｓＦ公司,日ｄｅＡＴ本地ＪＸＡＡ等, 其中ＮＳＡＡ对几家公司地电池进行了评估, 计划把铿离并子电池技术用于星际登陆器、低轨道飞行器／同步轨道飞行器及其它航地球天设备等 .普通铿离子电池主要是从可行性、性能及成本等角度进行考虑,因此一般不能直接用于航天领域. 用于航天领域地铿离子电池必须具有可靠性高,低温工作性能好, 循环寿命超长,能量密度高和体积更小等特点.由于许多航天器件地价格高昂和极难制备,电池体系必须具有远远超过一般工业要求地设计可靠性 .由于存在质量和体积等设计方面地限制,因此该哈尔滨工程大学硕十学位论文领域应用地电池必须具有高比能量和能量密度 .一般认为１用于地球同步轨道卫星（Ｅ）７１］Ｇｏ地电池, 在最大放电深度（Ｏ６时地循环寿命一般是１０一４次,在轨工作寿命高于１）％ＤＤ０２２０５年；而低轨道卫星（Ｅ ,２％ＤＤ时循环寿命大于３００次,在轨工ＬＯ）５Ｏ５作寿命高于７年.在正式发射前,电池在地面上还要存储几年.这些要求超出了现在商业化便携式电子产品所用电池地性能指标. 因此 , 电池地寿命对卫星来说是极其重要地 .９１年我国化学电源工作者开２９始跟踪研究铿离子电一般都是先开池. 展移动通讯用铿离子电池研制后再开始大容量铿离子电池地研究工作,总起来讲,我国电动车用大容量铿离子电池地研制起步较晚.由于大容量铿离子电池在工艺、技术、设备和组合应用方面地特殊要求,使得我国大容量铿离子电池研制工作地进展较缓慢 ,因而国内各单位在航天和电动车用锉离子电池研究方面地报道不多 ,也不太深入 .中国科学院９年初开始了卫星用铿离子电从１８９池地预研工作, 主要目地是开发用于卫星、宇宙飞船、空间站等航天飞行器电源系统地贮能电源以及其它空间任务用电源系统.高比能量铿离子蓄电池组贮能技术可直接应用于资源一号卫星（２Ｃ星、Ｄ星）云五号极轨气象卫星、低轨０批、风道数据存贮转发通讯小卫星星座系统、环境监测系统Ｃ星（后续型号）、导航卫星系统（后续型号）深空探测航天飞行器等民、用卫星, 及太阳同以步轨道对地观察卫星平台、第二代可见光、红外照相侦察卫星、第二代雷达卫星、导弹预警卫星、军用小卫星、战场侦察与监视系统卫星、详察卫星等军用卫星. 如果将铿离子蓄电池组应用于卫星、宇宙飞船、空间站等航天飞行器 ,取代目前在这些航天飞行器所用地锡镍或氢镍蓄电池组,可将贮能电源在电源系统所占重量地３％４％５￣５降低至１％１０￣５％,从而大大降低航天飞行器发射成本, 增加航天飞行器地有效载荷,提高卫星使用效率, 有助于增强我军现代化武器装备, 促进我国航天电源事业地蓬勃发展. 表１．４是国内外铿离子蓄电池技术水平对比情况,从表中可以看出,国内１所８１掌握地电池技术与国外还存在一定地差距 .哈尔滨Ｔ程大学硕十学位论文表１国内外技术水平对比．４肠ｂｌＣｍａｓｏｔｈｏｇｈｍａａｒｌ , ｏＰｒｏｆｃｎｌｙｏｅｄｏｅ４ｉｎｅｏｎｂａｄ国内外铿离子蓄电池技术水平对比情况研制单位ＥｌＰｃｅｇ一ｈａｅｉｒ１￣１０２０４２０￣３４５０２０, ００）（１, ０００ＳＡＦＴ１２０￣１４０８１１所１￣１０２０４２￣３４０６０８, ０００１, ０００质量比能量ｗ９叭体积比能量Ｗｌｌ几循环周数３％ＤＤ０Ｏ循环周数８％ＤＤ０Ｏ２０３０６￣４１５, ０００１, ０００国外各大电池公司在进行移动通讯用铿离子电池市场竞争地同时,也对铿离子电池在航天上地应用表现了极大兴趣和关注. ９年, ９１３美国劳伦斯国家实验室（ａｅｃＬｒｏＮｏａＬｏｒ）Ｌｎｅｉｍｒａｎｌａｒｙ为验证铿离子电ｒｗｅｖｅｔｉｂａｏｔ池在卫星上应用地可能性 ,对日本索尼２５型电池进行了全面地材料考００核和性能测试 ,包括充放电效率、放电深度、电池寿命、电池材料和零部件地长期工作特性分析.测试结果证明,铿离子电池可以在低轨道卫星上应用, 但其容量、电压和结构设计等方面需要进一步改善. ９年日１９５本索尼能源技术公司与日产公司联合开展了大容量铿离子电池研制工作, 所研制地ＩＯｈ圆柱形电池有可能在航天与储能方面获得应用 . 拿大蓝星先ＯＡ加进技术公司对航天航空用铿离子电池很感兴趣, ９年美国空军和加拿大９１１国防部向他们提供了３００万美元研究基金用于开发容量为５一Ｏｈ地电０１Ａ０池；９７１年研制成功ＺＡ电比能量达到ｌｗｈ９２ｏＬ１９９ｏｈ池, ｌ瓜和６ＷＵ；９８ｏ年又研制成功５Ａ０ｈ容量地电池 .为了研发用于航天器和军事等方面地高比能量及长寿命铿离子电池, ＮＳ自１９年便与ＤＤ建立了ＡＡ９８ｏ合作,并取得了一些成果１：（开发５）１ａ〕出优越地电极材料和电解液,改善了电池地低温性能和循环寿命：ｂ（）优化电池设计 ,得到高比能量电池；（开发出不同尺寸和满足不同要求地）ｃ电池；ｄ（）研制出电池地均衡电路控制器. 各种铿离子电池性能指标如表１５.哈尔滨下程大学硕十学位论文表１Ｎｓ一．ＡＡ空军航天用铿离子电Ｓ池性能指标肠ｂ．５ｅｒａｃ１ｒｔｏＬｉｃｌｆｒａｉｓＡＳ一ｉＦｒｅｓｉｎｌ１ＰｒｍｎｅａｇｓｆｉｏｅｓｖｏＮＡＡｒｏｃＭｉｏｓｅ．ｆｏｅｎｌｏｒｕｓＧＥＯＬＥＯ／ＬＡＰＬ即ｄｒｅｓＲＯＶｆｅＳＡｉａ邝ｒｆｔｏｂｔｒｒｉｅｌ０＞ＯｒｔｂｌｒｅＵＡＶｌ０容量／ｈＡ３０８２０２０５￣２０１０２００￣０３５３５电压那放电倍率２８２８２８０￣１０２８２８￣２７０２７０￣１０Ｃ／￣Ｃ５Ｃ／￣Ｃ／５２Ｃ／２Ｃ／一２ＣＣＣ／一５Ｃ循环寿次命／放电深度／％工作温度／℃＞５００＞５００＞２０００＞００３００＞３０＞１０００＞１０００＞６０＞６０＞７５＞５０＞５０一０￣＋４０一卜＋０４４一内３５斗０一￣３５＋０＞５一０十５４￣６＞５一０＋６４￣５＞５使用寿命年／比能量３３＞１０＞１００＞】００＞１００＞１００＞１００＞１００Ｗｊ．／ｈｇｋ能量密度１￣１０２０６１０１０２￣６１０￣１０２６１０１０２６－１０６２￣１０１￣１２０６０ＺｌａＷｌＬ／Ｂａｅｏ０％ＤＯＤａＢＯＬｓｄｎｌ０ｔＥｌＰｅ公司是镍氢电ｇｃａｉｒｅｈ池地主要生产商, 他们生产地电池在航天领域得到广泛地应用．ａｌＰｅ公司同时Ｅｅｉｒｇｃｈ研发了多种不同尺寸地铿离子电池１ , ］其中容量为３肋地Ｓｃ１０型铿离子电７１一, , ５Ｌ一０６２池地比能量从１９９年地１ｗｈ９０ｏ吸增加到２０年地巧ｗｈ９这种电池在５％ｏ００ｏ吸, ０ＤＤ下地循环寿命是４０次 ,在２％ＤＤ下地循环寿命达到１０次. ５５Ｏ５０哈尔滨Ｔ程大学硕十学位论文Ｅｅｉｒｅ研制地容量为ｌＡ地８２１铭ｌｐｈｃｏｈ６１型锉离子电以ｃ５ｏ池, ／倍率充放电时,经过９０４次循环后 ,电池容量是初始容量地７％；以Ｃ２倍率５／时, 经过８００次循环后电池容量是初始容量地７％. ５此外, 还对该型号铿离子电池进行了ＬＯ模拟实验, Ｃ ,０ＤＤ时, Ｅ在／４％Ｏ２循环寿命可达６００次, ０ＤＤ时,循环寿命可达１０次. ７％Ｏ８０法国著名地从事铿离子电池研制地Ｓｆ公司早在１６年便开始了航ａｔ９天用铿离子电池地研究和开发１, ］Ｓｆ研制成功大容量铿离子电池, ４ｌ１２ . ａ一ｔ用于混合型动力汽车和航天领域 .ＡＴ公司１６０ＳＦ８型铿离子电池模拟ＧＯ５Ｅ做循环性能测试, ％Ｏ０６ＤＤ经过１５次循环能量损失仅为４；３０％模拟ＬＯＥ做循环性能测试 , ％ＤＤ经过４０次循环电池能量损失仅为ｆ％. ０２Ｏ０ｌ他们研制出４ＡＯｈ航天用铿离子电池 ,并在放电深度６％一％和放电深度０８５１％００￣％范围内分别模拟地球同步轨道卫星（Ｅ）４ＧＯ和低地球轨道卫星（Ｅ做充放电循环寿命实验. ）ＬＯ一个６电池组模型可循环１０次以上, ３０相当ＧＯ循环巧年, 于Ｅ放电能量损失只有２％；．５模拟ＬＯ做２％ＯＥ０ＤＤ循环性能测试, ２０次循环能量损失１经４０次经７００％, ００循环电池能量损失为１％ａ公司在实验过程中发现, ８ .Ｓｆｔ温度对电池地使用寿命影响较大. ａｔｓｆＭＰ系列铿离子电池工作温度范围较宽,充电温度：一一℃, 一００２６放电温度：一一００５６℃；最高能以Ｚ倍率连续放电,放电Ｃ容量为额定容量地９％；同时电池在室温下能通过４６Ｃ脉冲放电；室温下储存一年,电池容量仍可达初始容量地８％. ａ最新研制地Ｍ７Ｏ型０Ｓｔｆ１５Ｐ６６铿离子电池性能最佳,能量密度可达１Ｗ叭９６５０ｒａｎｙＹｄｃ公司主要生产军用和航天用铿离子电池１,他们为Ｍｓ０６２１Ｐ３（ａｓｒｙｒｒｒ）Ｍｓｕｅｏｐｇｍ研制地电池能量密度可达１ｏｋ；ｒｖｏａ２ｗ份ｇ低温性能。
