鋰離子電池正極材料的制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、本文圍繞鋰離子電池展開工作，首先以磷酸釩鋰正極材料為基礎(chǔ)進(jìn)行電極材料的合成、改性和中試，以及全電池設(shè)計(jì)與制作研究。然后進(jìn)行商用動(dòng)力電池電化學(xué)與安全性研究，最后圍繞富鋰錳基正極材料研究電池失效機(jī)理。主要取得了以下幾方面的研究成果:
　　分別采用原位聚合溶膠凝膠法、鋰化法和球磨微波法合成磷酸釩鋰。以原位聚合溶膠凝膠法合成的磷酸釩鋰粒徑在30-100nm之間，電導(dǎo)率為1.0×10-5S cm-1，鋰離子擴(kuò)散系數(shù)大約為10-7cm2s-1

2、，50C倍率下放電比容量達(dá)到其理論比容量的77.52％。由于輕金屬鋰的存在，磷酸釩鋰高溫?zé)Y(jié)時(shí)顆粒粒徑會(huì)增大。為了避免該現(xiàn)象，本文選用鋰化法先合成磷酸釩，然后鋰化制備磷酸釩鋰，該方法合成的磷酸釩鋰粒徑～50nm，比容量130mAh/g。此外，為了節(jié)約能耗，本文使用微波短時(shí)間輻射代替高溫長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)來合成磷酸釩鋰，大大節(jié)約能源資源。
　　磷酸釩鋰改性研究。首次使用殼聚糖為碳源合成的碳包覆磷酸釩鋰50C放電倍率下比容量為91.14mAh

3、 g-1;首次使用卟啉為碳源合成碳包覆磷酸釩鋰，卟啉用量能夠明顯改變材料形貌和性能;首次研究了不同維度無機(jī)碳原位合成的碳包覆磷酸釩鋰的性能。進(jìn)行磷酸釩鋰的鋰位大量鈉摻雜研究，合成混相Li2NaV2(PO4)3(31.6％的菱形結(jié)構(gòu)Na3V2(PO4)3，60.9％菱形結(jié)構(gòu)Li3V2(PO4)3和7.5％單斜結(jié)構(gòu)Li3V2(PO4)3)，該材料在3.7V處平臺(tái)容量為該材料總?cè)萘康?2.2％;另外，本文進(jìn)行了磷酸釩鋰釩位微量鎳摻雜研究，當(dāng)鎳

4、摻雜量為0.04時(shí)合成的磷酸釩鋰電子導(dǎo)電性和鋰離子擴(kuò)散系數(shù)得到改善，其倍率性能得到明顯提升。
　　磷酸釩鋰中試化制備及全電池研究。首次以磷酸釩鋰為負(fù)極，組裝200mAh卷繞LVP//LVP體系對(duì)稱全電池并系統(tǒng)分析該全電池反應(yīng)機(jī)理;首次以商用石墨為負(fù)極，組裝成300mAh卷繞LVP//Graphite體系全電池。研究了充電截止電壓對(duì)電池性能的影響;首次以商用化鈦酸鋰為負(fù)極，組裝了LVP//LTO全電池，并且研究了該體系電池的電化學(xué)特