【作者】 陈伟峰；

【导师】 顾家琳； 王中生；

【作者基本信息】 清华大学 ， 材料工程（专业学位）， 2012， 硕士

【摘要】 随着科技的发展，人们对移动电子设备轻薄、便携性的要求越来越高。软包装锂离子电池由于其质量轻，厚度簿，形状和容量可定制，且安全性能好，被越来越多的智能手机，平板电脑和超薄笔记本采用。由于软包装锂离子电池在实际使用过程中，会发生产气，而导致电池膨胀，让设备无法使用。电池产气是最主要的失效模式之一。本论文针对软包装锂离子电池在实际不同使用过程中的产气机理和对设备使用的影响进行系统的研究；并开发一种对锂离子电池存储产气的加速测试方法和模型，缩短产品开发和测试时间，获得可靠的电池存储寿命。对锂离子电池在高温、过充和过放电条件下产生的气体，通过气相色谱等方法分析气体成分，并用排水法测量产气量，得到主要结论如下：（1）锂离子电池在高温环境中存储产生的气体，正极和电解液之间的氧化反应产气所占的比例超过了总体积的80％，主要气体成分是CO₂。（2）锂离子电池在过充条件下产生的气体，主要气体成分是CO₂，原理是电池过充时正极的含锂量越来越低，正极材料的氧化性越来越强，正极和电解液反应产生的CO₂。并且在充电电压高过4.9V以后，电池产气量和温度同时剧烈上升。（3）锂离子电池在过放条件下产生的气体分两段，在过放前期气体成分是来自于负极SEI膜氧化分解所产生的烷烃和烯烃类气体，在过放达到1.0V以下，产气量随电压的降低而剧烈增加，其主要的成分变为CO₂。锂离子电池在实际的存储和使用过程中由于气体产生而导致的厚度膨胀程度是软包装锂离子电池可靠性检验的一个非常重要的指标，高温存储产气机理的研究结果表明，正极材料的热稳定性是重要的影响因素。通过不同速率的DSC测试，采用Kissinger法和不同温度下的产气时间数据，计算了正极材料随温度反应的活化能。根据经典的加速数学模型方法，建立了软包装锂离子电池的厚度膨胀可靠性预测模型，并在实测中得到了验证。更多还原

【Abstract】 The soft pack lithium-ion battery is widely used in the mobile electronic devices,especially for smart phone and tablet PC. The main content of this thesis is to studythe gas generation mechanism and impact of this soft pack lithium-ion battery in thefield application and to develop an accelerated testing method and model for theproduct reliability projection to shorten the product development cycle time.The high temperature storage, overcharge and overdischarge conditions all couldcause gas generation in the lithium-ion battery. The gas component was studied bythe GC-MS. The main results are the following:（1） The gas generation under hightemperature storage condition is major caused by the cathode and electrolyteoxidation reaction. The reaction production is CO₂and the content is over80%.（2）The gas generation under overcharge condition is major caused by the cathode andelectrolyte oxidation reaction. The reaction product is CO₂. The reaction becomesviolent when the overcharge voltage is over4.9V.（3） The gas generation underoverdischarge condition is major caused anode SEI decomposition. The reactionproducts are alkanes and alkenes gas. The reaction becomes violent when theovercharge voltage is under1.0V and CO₂generation.The thickness expansion rate of the battery during testing and field application isone of the main reliability indexes. According to the mechanisms study results, that isthe reaction of cathode and electrolyte is the root cause of battery swollen under hightemperature storage. Apply the Kissinger method to estimate the activation energy ofthe DSC measurements and function. And take a different approach by using thestorage swollen time threshold to estimate the activation energy also. Base on abovestudy result to develop a mathematical reliability modeling for the producttemperature swollen projection. This model could be used for the productdevelopment validation and shorten the product development cycle time.更多还原