鋰離子動(dòng)力電池電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、鋰離子電池因其工作電壓高、能量密度和功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)成為很有應(yīng)用前景的動(dòng)力電源。本文主要圍繞鋰離子動(dòng)力電池用電極材料Li4Ti5O12、LiNi0.5Mn1.5O4以及Li3V2(PO4)3的研究展開(kāi),同時(shí)組裝了Li4Ti5O12扣式全電池和商用型圓柱和軟包電池,具有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　論文通過(guò)X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、恒流充放電、循環(huán)伏安(CV)、交流阻抗(E

2、IS)等實(shí)驗(yàn)方法對(duì)制備的Li4Ti5O12、LiNi0.5Mn1.5O4和Li3V2(PO4)3材料進(jìn)行了系統(tǒng)研究。同時(shí)采用各種電化學(xué)測(cè)試方法對(duì)組裝的Li4Ti5O12扣式全電池和商用圓柱和軟包電池進(jìn)行了系統(tǒng)研究。首次將甘氨酸單一絡(luò)合劑以及甘氨酸和β-環(huán)糊精復(fù)合絡(luò)合劑引入Li3V2(PO4)3體系對(duì)提高它的電化學(xué)性能具有重要作用;首次采用具有高鋰離子擴(kuò)散系數(shù)的Li4Ti5O12對(duì)Li3V2(PO4)3進(jìn)行包覆提供了一條提高Li3V2(P

3、O4)3倍率性能的有效途徑;通過(guò)添加漿料添加劑開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)便、新穎的改善Li3V2(PO4)3電化學(xué)性能的方法。
　　研究結(jié)果表明固相法制備尖晶石型Li4Ti5O12的最佳工藝條件為:煅燒溫度為800℃,煅燒時(shí)間為16h。以其為負(fù)極組裝LiFePO4/Li4Ti5O12扣式全電池,正極容量過(guò)量30％的電池具有最好的倍率和循環(huán)性能。溶膠-凝膠法制備LiNi0.5Mn1.5O4的最佳工藝條件為:溶液pH值為6.0,煅燒溫度為900℃,

4、煅燒時(shí)間為12h。以其為負(fù)極組裝LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12扣式全電池,正極容量過(guò)量40%的電池具有最好的倍率和循環(huán)性能。甘氨酸輔助溶膠-凝膠法制備Li3V2(PO4)3/C的最佳工藝條件為:絡(luò)合劑甘氨酸和金屬離子的物質(zhì)的量比R=0.8,煅燒溫度為800℃,煅燒時(shí)間為8h。與基于甘氨酸單一絡(luò)合劑的溶膠-凝膠法相比采用復(fù)合絡(luò)合劑溶膠-凝膠法制備的Li3V2(PO4)3/C具有更優(yōu)的電化學(xué)性能。采取具有高鋰離子擴(kuò)散系數(shù)的

5、Li4Ti5O12對(duì)Li3V2(PO4)3進(jìn)行包覆,以及在制備Li3V2(PO4)3漿料時(shí)添加LiCoO2漿料添加劑都可以顯著提高材料的電化學(xué)性能。
　　綜上所述,與LiFePO4/Li4Ti5O12全電池相比LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12具有更好的電化學(xué)性能;與Li3V2(PO4)3正極材料相比,LiNi0.5Mn1.5O4具有更高的脫嵌鋰電位,所以LiNi0.5Mn1.5O4是一種更具發(fā)展前景的鋰離子動(dòng)力電池