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文檔簡介
1、本文在綜合評述了鋰離子動力電池的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地研究了錳酸鋰和磷酸鐵鋰電池動力電池的制作與性能,通過對鋰離子電池正極、負(fù)極和電解液等關(guān)鍵材料進(jìn)行表征和分析,研究和改進(jìn)錳酸鋰電池的電化學(xué)性能、儲存性能和安全性能及機(jī)理,研究了磷酸鐵鋰電池的制作和性能及作用機(jī)理。 系統(tǒng)地比較研究了幾種不同LiMn2O4、負(fù)極和電解液樣品的結(jié)構(gòu)與性能。最后選取了合適的LiMn2O4,石墨以及電解液作為錳酸鋰電池的關(guān)鍵材料。 電極容量比分
2、別為1.33、1.19和1.08的錳酸鋰電池中LiMn2O4放電比容量分別為101,105和107mAh/g。170次循環(huán)容量保持率分別為87.3,85.4和84.1%。在電池正極組分中添加2%的Li2CO3,MgO和LiF,LiMn2O4的放電比容量分別為106.1,107.2和107.5mAh/g。100次循環(huán)容量保持率分別為90.8、91.8和93%。LiF的含量為2%時效果最佳。當(dāng)正極極片面密度為2.5 g/dm2,導(dǎo)電劑含量為
3、3%時,20C放電容量為1C放電容量的94.1%。1C充5C放100次循環(huán)容量保持率為92%。配置EC: EMC: E=2:7:1,1mol/L LiPF6的低溫功能電解液,研究發(fā)現(xiàn)在-40℃下,以0.2和1C放電,分別放出常溫容量的81.1和63.4%。 錳酸鋰電池半荷電儲存一個月后容量恢復(fù)率為96.3%,100次循環(huán)容量保持率達(dá)到94.1%。通過XRD、SEM、TEM和XPS研究表明,儲存后MnO2、R-CO3Li、Li2C
4、O3、LiF和LixPFy等共同組成正極表面鈍化膜,LiMn2O4晶格發(fā)生氧缺陷現(xiàn)象。儲存前后LiMn2O4電極峰電流分別為0.55和0.36mA,電極和電解液界面的吸附雙電層阻抗分別為20.28和53.31Ω,。LiMn2O4的交換電流密度為0.69和1.01mA/cm2。負(fù)極SEI膜增厚并變致密,阻抗由183.1增大到310Ω。儲存后電解液中LiPF6發(fā)生了一定程度的分解,溶劑被氧化生成小分子物質(zhì)。 電極表面極化、正極材料中
5、Mn溶解以及氧缺陷、SEI膜增厚所消耗的活性鋰、電解液的分解和氧化是導(dǎo)致儲存后錳酸鋰電池儲存后容量衰減的主要原因。 高溫儲存研究發(fā)現(xiàn)錳酸鋰電池在第一天內(nèi)容量損失最大,此后每天損失的容量逐步減少。錳酸鋰電池的循環(huán)穩(wěn)定性的改善程度隨著儲存時間的延長而增加。隨著儲存時間的增加,正極表面鈍化膜不斷增厚,LiMn2O4晶格不斷發(fā)生收縮并變穩(wěn)定,顆粒/電解液界面積減小,電極氧化性減弱,從而導(dǎo)致容量衰減變慢。 放電態(tài)和滿電態(tài)下儲存錳酸
6、鋰電池容量恢復(fù)率分別為99.2%和93.50%。滿電態(tài)下儲存的錳酸鋰電池循環(huán)穩(wěn)定性改善最大。荷電態(tài)對儲存后容量衰減的影響主要是由Mn溶解量的不同以及儲存后正極表面極化不同而引起的。隨著荷電態(tài)的增加,Mn4+可能先被還原成Mn3+,進(jìn)而發(fā)生歧化反應(yīng)生成Mn2+,從而導(dǎo)致容量衰減增大。正極表面鈍化膜將LiMn2O4材料與電解液分隔開;LiMn2O4的晶格收縮,穩(wěn)定性增強;負(fù)極SEI不斷地增厚和變致密可能是儲存后錳酸鋰電池的循環(huán)穩(wěn)定性改善的原
7、因。 在錳酸鋰正極中添加LiF,半荷電儲存后電池的容量恢復(fù)率從96.3%提高到98%。研究表明LiF能夠有效地抑制Mn的溶解并且降低儲存后正極表面的阻抗。 錳酸鋰電池(347080-16Ah)在熱沖擊、穿刺、短路安全測試下未爆炸。3C/10V過充測試電池發(fā)生爆炸,電池表面最高溫度達(dá)到290℃。爆炸后粉末的主要成分為C、MnO和Li2CO3。當(dāng)電壓達(dá)到5.0V,正極材料表面出現(xiàn)了大量的裂縫。裂縫的出現(xiàn)導(dǎo)致過充后期電壓和溫度
8、急劇上升直至爆炸。采用Al2O3包覆的LiMn2O4制作錳酸鋰電池,經(jīng)過3C/10V過充后不爆炸、不起火。 研究比較了3種不同LiFePO4的結(jié)構(gòu)與性能。研究了碳納米管(CNT)對磷酸鐵鋰電池性能的影響。添加CNT后,1C/0,1C的放電比容量比值由原來的92.1提高到96.3%,0.1C的放電容量都為124mAh/g;磷酸鐵鋰電極的電荷反應(yīng)阻抗由173.1Ω減小為36.88Ω,極化減小,電池200次循環(huán)容量保持率由原來的93.
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