第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 锂离子电池体系 2
1.2.1 工作原理 3
1.2.2 基本结构 4
1.2.3 特点 5
1.2.4 正极材料 6
1.3 锂离子电池的热电化学研究 9
1.3.1 研究方法 9
1.3.2 量热仪与电化学装置联用测量电池热效应的研究现状 10
1.4 锂离子电池的量子化学与计算机模拟研究 12
1.4.1 锂离子电池热模型的研究 13
1.4.2 锂离子电池电极材料的第一性原理研究 15
1.5 研究的目的和内容 17
第2章 实验部分 18
2.1 锂离子电池的制备仪器及方法 18
2.1.1 实验试剂 18
2.1.2 实验仪器 18
2.1.3 CR2025型扣式锂离子电池的组装 19
2.2 锂离子电池的电化学-量热联合测试仪器及方法 19
2.2.1 八通道毫瓦级热导式等温量热仪 22
2.2.2 电池测试系统 27
2.3 锂离子电池电极材料的表征仪器及方法 27
2.3.1 X射线衍射表征 27
2.3.2 扫描电子显微镜测试 28
2.4 锂离子电池内部温度的测量装置及方法 28
第3章 锂离子电池充放电循环过程中的热电化学研究 30
3.1 引言 30
3.2 锂离子电池的热效应原理 31
3.3 LiFePO4锂离子电池的热电化学研究 32
3.3.1 LiFePO4锂离子电池的电化学性能研究 32
3.3.2 LiFePO4锂离子电池的热力学性能研究 38
3.3.3 LiFePO4锂离子电池的XRD分析 51
3.3.4 LiFePO4锂离子电池的SEM分析 53
3.4 LiFePO4锂离子电池的充放电机理分析 56
3.5 LiMn2O4锂离子电池的热电化学研究 57
3.5.1 LiMn2O4锂离子电池的电化学性能研究 57
3.5.2 LiMn2O4锂离子电池的热力学性能研究 59
3.5.3 LiMn2O4锂离子电池的XRD分析 65
3.5.4 LiMn2O4锂离子电池的SEM分析 65
3.6 锂离子电池正极材料的电、热性能评价 66
3.6.1 LiFePO4和LiMn2O4的电化学性能评价 66
3.6.2 LiFePO4和LiMn2O4的热力学性能评价 68
3.7 小结 70
第4章 锂离子电池充放电过程中的有限元模拟研究 72
4.1 引言 72
4.2 热传导基本理论 72
4.3 有限元方法及软件 75
4.3.1 有限元方法 75
4.3.2 ANSYS软件简介 76
4.4 锂离子电池电-热耦合模型的构建 79
4.4.1 有限元模型的构建 79
4.4.2 热生成率的计算 81
4.5 不同充放电倍率对电池内部温度场分布的影响 82
4.6 不同环境温度对电池内部温度场分布的影响 85
4.7 不同充放电倍率和环境温度对电池内部最高温度的影响 90
4.8 模拟结果的实验验证 91
4.9 小结 92
第5章 锂离子电池电极材料热、电性质的第一性原理研究 94
5.1 引言 94
5.2 第一性原理计算的理论基础 94
5.3 密度泛函理论及计算软件 97
5.3.1 密度泛函理论 97
5.3.2 CASTEP软件及方法 98
5.4 第一性原理计算LiFePO4和Li的热力学性质的理论基础 99
5.5 第一性原理预测LiFePO4锂离子电池平均电压的理论基础 100
5.6 结构优化结果与分析 101
5.7 LiFePO4的能带结构和态密度分析 102
5.8 LiFePO4锂离子电池平均电压的计算 104
5.9 LiFePO4和Li的热力学性质的计算 104
5.10 小结 110
第6章 结论 111
6.1 主要结论 111
6.2 主要创新之处 112
6.3 不足与展望 113
参考文献 115
附录 133