大容量锂离子动力电池设计和性能的分析.pdf

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学号: 6120100117 单位代码: 1 0 4 07



硕士学位论文

论文题目: 大容量锂离子动力电池设计与性能研究




研究方向动力电池及其材料
专业名称材料学
研究生姓名段建峰
导师姓名、职称钟盛文教授




2013 年 6 月 6 日
江西·赣州
摘要
本文从单体锂离子动力电池的电芯设计出发,对市场上锂离子动力电池采用的常规叠
片电芯设计加以改造、优化,设计出一种新型叠片电芯,通过理论计算与仿真,比较两种
电芯设计优劣,并制作成 20Ah 常规叠片设计电池和 20Ah 新型叠片设计电池,测试并比较
它们的电化学性能、安全性能和温度场分布情况及特殊点的温升情况。
(1) 通过建模,对常规叠片设计电池和新型叠片设计电池进行放电状态下热仿真计算,
得到它们的热特性数据,比较它们之间的发热量、温度场分布以及特殊点的温升情况;从
理论上,分析常规叠片设计电池与新型叠片电池的不同之处。结果表明:在放电结束时,
新型叠片设计电池在特殊点的温度低于常规叠片设计电池,发热量与整体温度也低于常规
叠片设计电池。
(2) 比较分析常规叠片设计电池和新型叠片设计的电化学性能,测试 20Ah 新型叠片设
计电池的安全性能。结果表明:新型叠片设计电池在 1C 充放电条件下,循环 1000 次保持
首次放电容量的 %,其倍率性能优于常规叠片设计电池,并且新型叠片设计电池具有
良好的安全性能。
(3) 通过对电芯极耳附近和中心处的正极活性物质进行 XRD 和 SEM 检测,从微观上
分析电流强度对电芯活性物质结构和形貌的影响,并对两种电池进行电化学阻抗测试。结
果表明:新型叠片设计电池的活性物质的结构破换程度较常规叠片设计电池要小;新型设
计电池活性物质的颗粒形貌比常规叠片设计电池要均匀、粘结程度较小;新型叠片设计电
池的内部阻抗小于常规叠片设计电池,动力性能更佳。
(4) 用红外热成像仪分析常规叠片设计电池和新型叠片设计电池温度场分布、特殊点的
温升情况并进行比较,验证电池表面温度场热仿真结果。结果表明:电池的实际温度场和
特殊点的温升情况与仿真结果较吻合,新型叠片设计电池的整体发热量、温度以及特殊点
温度低于常规叠片设计电池。

关键词:锂离子动力电池;新型叠片设计;热仿真;温度场;性能研究
I
Abstract
Be based on the design of the monomer Li-ion power battery, the conventional laminated
of Li-ion power battery on the market was optimized, a new design of laminated battery was
designed. Through the theoretical calculation and simulation, two kinds of design advantages and
disadvantages pared. 20 Ah battery of the conventional laminated design and 20 Ah
battery of the new laminated design are made. Their electrochemical performance, safe
performance, temperature field distribution and temperature of special points were tested and
compared.
(1) Through thermal simulation of the reasonable modeling, the temperature field
distribution and the temperature rise of the special points were calculated; the differences of
conventional laminated battery and new laminated battery were analyzed. Results showed that at
the end of discharge, special point temperature, calorific value and the overall temperature o