鋰離子電池電極材料的探索與研究.pdf

1、目前全球面臨的能源短缺問題，要求我們不斷開發(fā)利用可再生能源如太陽能、風(fēng)能、水能等，但是這些能源在時間上的不連續(xù)性和空間分布上與能源需求的不平衡，要求有高效的能源存儲與轉(zhuǎn)化設(shè)備。鋰離子電池是相比與其它電池最有效的能量存儲與轉(zhuǎn)化設(shè)備。目前，較低容量密度的正極材料一直制約著鋰離子電池整體能量密度的提升，探索高容量正極材料迫在眉睫。另外，Li4Ti5O12作為一種零應(yīng)變的負(fù)極材料，具有優(yōu)越的倍率及循環(huán)性能，是一種有前途的儲能材料。但Li4Ti5

2、O12電極在儲存和充放電過程中存在“產(chǎn)氣”問題，影響著Li4Ti5O12的產(chǎn)業(yè)化。
　　 本論文主要做了以下兩方面的相關(guān)研究工作:
　　 (1)新型正極材料Li6ZnO4的合成方法，及其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和電化學(xué)性能的研究。
　　 (2)電解液添加劑亞硫酸亞乙酯對Li4Ti5O12表面SEI膜的影響，主要對比了添加劑對Li4Ti5O12倍率和循環(huán)性能的影響，以及對SEI膜的形貌及其成份的分析。
　　 論文首先探

3、索了合成Li6ZnO4純相的方法，按照Li2O過量5％與ZnO混合壓片，在500℃氧氣氣氛下燒結(jié)10小時，合成了微米尺寸的Li6ZnO4純相。Li6ZnO4在空氣中不穩(wěn)定，與空氣中的水份和二氧化碳緩慢反應(yīng)，表面會生成碳酸鋰和氫氧化鋰。變溫XRD和TG-DSC-MS的測試結(jié)果表明Li6ZnO4在700℃發(fā)生了晶型轉(zhuǎn)變。Li6ZnO4與導(dǎo)電添加劑KB混合，首周充電到4.6V有520mAhg-1左右的容量。使用科琴黑KB作為導(dǎo)電添加劑，Li6

4、ZnO4材料顯示較高的首周充電容量和較低的充電平臺，動力學(xué)性能比使用乙炔黑AB作為導(dǎo)電添加劑的要好。但是該材料在充電后，基本不能放電（Li不能再嵌入），表現(xiàn)出不可逆。同時發(fā)現(xiàn)KB不能作為高電壓材料的導(dǎo)電添加劑，因為KB在4.5V以上會催化電解液的氧化分解。
　　 為了研究添加劑對Li4Ti5O12表面SEI膜的影響，在無添加的電解液1MLiPF6/EC∶DMC(1∶1)中添加不同含量亞硫酸亞乙酯(ES)，Li4Ti5O12材料首

5、周1.55V的放電平臺容量隨ES含量的增加逐漸增加，CV曲線中在1.37V出現(xiàn)還原峰，都表明添加劑ES發(fā)生了還原分解。此外，CV曲線中對應(yīng)于1.37V還原峰的氧化峰，說明ES的還原分解產(chǎn)物可能不穩(wěn)定，在充電過程中又發(fā)生了氧化分解。高分辨透射電鏡(HRTEM)測試表明，在無添加電解液中，在Li4Ti5O12電極表面沒有SEI膜的生成;在含有添加劑ES的電解液中，首周放電到1V的Li4Ti5O12電極部分顆粒表面生成了約5nm的SEI膜，充