成膜添加劑及表面包覆對(duì)高電壓鎳錳酸鋰正極材料性能影響的研究.pdf

1、隨著能源和環(huán)境問(wèn)題的日益凸顯，鋰離子電池作為新的儲(chǔ)能方式越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在電動(dòng)汽車(EV)，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)和插入式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(PHEV)等領(lǐng)域。為了獲得更高的能量密度和功率密度，開發(fā)高電壓正極材料如5V尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)和與之相關(guān)的基礎(chǔ)研究成為鋰離子電池研究的重要方向之一。然而，造成LNMO容量衰減的因素主要有兩個(gè)方面:LNMO的工作電壓超出了電解液的電化學(xué)窗口(＜4.5V)，造成了電解液溶

2、劑的分解，影響了材料的電化學(xué)性能;LNMO材料也存在著金屬離子溶解的問(wèn)題，循環(huán)過(guò)程中溶解的金屬離子在負(fù)極還原，消耗有限的活性鋰。
　　針對(duì)以上問(wèn)題，本文分別從電解液成膜添加劑和材料表面包覆兩個(gè)方面對(duì)5V LiNi0.5Mn1.5O4鋰離子電池性能進(jìn)行改善，本論文的主要研究集中以下兩個(gè)方面:
　　在第三章，通過(guò)在電解液中添加成膜添加劑三（三甲基硅烷）磷酸酯(TMSP)，研究了TMSP對(duì)于商業(yè)化LiNi0.5Mn1.5O4材料性

3、能的影響。LSV測(cè)試表明TMSP能夠在4.2V氧化分解，優(yōu)先于電解液溶劑分解，在正極表面形成穩(wěn)定的SEI。添加1wt％ TMSP后LNMO/Li半電池的常溫循環(huán)效率略有增加，55℃循環(huán)的首圈放電容量從111.8 mAh g-1增加到120 mAh g-1，100圈循環(huán)后的效率從78.3％增加到92.5％。EIS證明了TMSP分解形成的界面層具有更低的界面阻抗，XPS的結(jié)果表明了界面阻抗的降低是由于TMSP形成的界面層中LiF的含量更少。

4、添加1wt％ TMSP后能夠顯著減少LNMO材料高溫存儲(chǔ)時(shí)金屬離子的溶解，Mn元素的溶解從65.3ppm減少到29.7 ppm，Ni元素的溶解量從11.7 ppm減低到4.7 ppm。研究結(jié)果證明了TMSP能夠提高LNMO基材料電池的電化學(xué)性能。
　　第四章通過(guò)氫氧化物共沉淀法合成了類球形LiNi0.5Mn1.5O4正極材料。通過(guò)一種溶膠凝膠法在LiNi0.5Mn1.5O4材料表面包覆了一層具有良好電化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和耐酸堿性

5、的CoAl2O4，合成了2％ CoAl2O4@LNMO材料。結(jié)果表明CoAl2O4包覆層有效緩解電解液與電極材料的相互作用，阻止了電解液中HF對(duì)LNMO的攻擊，提高了LNMO的電化學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。在55℃高溫和5C高倍率下，LNMO循環(huán)100圈后容量保持率僅為83.8％，而包覆后的2％CoAl2O4@LNMO循環(huán)100圈后容量保持率提高到92.4％。CoAl2O4包覆后，材料的倍率性能也得到提高。CV和EIS表明CoAl2O4包覆后材