動力鋰離子電池電極材料的制備及性能研究.pdf

1、鋰離子電池因為其能量密度大、使用壽命長和無記憶效應(yīng)等特點，是目前應(yīng)用最廣泛的二次電池。正極和負(fù)極材料是決定鋰離子電池性能最關(guān)鍵的電極材料，目前商品化的正極材料和負(fù)極材料分別是LiCoO2和中間相碳微球(MCMB)，存在成本高、倍率性能差、安全性能低下等問題，嚴(yán)重阻礙了鋰離子電池在動力電池和儲能方面的進(jìn)一步發(fā)展，因此開發(fā)成本低、壽命長、倍率性能好和安全性能高的鋰離子電池正、負(fù)極材料，來滿足3G網(wǎng)絡(luò)、電動汽車以及風(fēng)能和太陽能儲能的要求是十分

2、重要的。為了提高鋰離子電池的綜合性能，本論文采用碳改性鈦酸鋰負(fù)極材料提高其常溫和高溫循環(huán)壽命以及倍率性能，采用價格低廉的鈷鎳錳三元材料代替鈷酸鋰，采用表面包覆鎳酸鋰提高層狀正極材料的常溫和高溫循環(huán)壽命及倍率性能等。具體研究內(nèi)容如下:
　　 1、采用高溫固相合成方法，制備了Li4Ti5O12負(fù)極材料，合成產(chǎn)物具有立方尖晶石結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)研究了鋰鈦金屬元素比例、二次煅燒溫度對材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。當(dāng)Li/Ti物質(zhì)的量比為1.05

3、、二次煅燒溫度為800℃時合成的材料具有最佳的電化學(xué)性能。
　　 2、以蔗糖和/或KS-6作為碳源，采用高溫固相法制備了Li4Ti5O12/C復(fù)合材料。系統(tǒng)研究了不同碳源對Li4Ti5O12的結(jié)構(gòu)、形貌、循環(huán)壽命和倍率性能的影響。蔗糖分解碳包覆在Li4Ti5O12表面，KS-6分布在Li4Ti5O12顆粒之間，碳改性并沒有改變Li4Ti5O12主體的尖晶石結(jié)構(gòu)，不同的碳源對Li4Ti5O12/C復(fù)合材料的綜合性能具有不同的影響，

4、與只添加蔗糖或KS-6的Li4Ti5O12/C復(fù)合材料相比較，二者協(xié)同作用的Li4Ti5O12/C復(fù)合材料(LTO-1)具有最佳的綜合性能。Li4Ti5O12/C復(fù)合材料(LTO-1)0.2C首次充放電比容量分別為170.5和152.5mAh.g-l，1C比容量為149.9mAh.g-l，經(jīng)過1000周循環(huán)后其放電比容量為145.3mAh·g-1，1000周的容量保持率高達(dá)96.9％，遠(yuǎn)高于純Li4Ti5O12的73.8％，而且該材料和

5、錳酸鋰組裝的全電池可以通過3C-20V過充、短路和穿釘?shù)劝踩詼y試。
　　 3、以蔗糖和VGCF作為碳源，采用高溫固相法制備了Li4Ti5O12/C復(fù)合材料。蔗糖分解碳包覆在Li4Ti5O12表面，VGCF具有較大的長徑比和良好的導(dǎo)電性能，能夠增加顆粒之間的導(dǎo)電性。初始添加蔗糖1％+0.5％VGCF的Li4Ti5O12/C復(fù)合材料(LTO-b)，在高溫55℃下，其1C放電比容量為157.5mAh·g-1，100周的容量保持率為9

6、7.8％，表現(xiàn)出了良好的高溫循環(huán)穩(wěn)定性。由該材料和錳酸鋰組裝的(LTO-b)/LiMn2O4全電池，在0.1-3V和1-3V的電壓區(qū)間循環(huán)壽命幾乎無差別，而且，該電池在55℃儲存150天后的容量恢復(fù)率為99.8％，和初始容量幾乎一致，表現(xiàn)出良好的耐過放性能和優(yōu)良的高溫存儲性能。
　　 4、以共沉淀法得到的[Ni3/8Co1/8Mn4/8]CO3和LiOH·H2O混合均勻，高溫煅燒得到價格低廉的Li1+x[Ni3/8Co1/8Mn

7、4/8]O2正極材料，研究比較了Li/[Ni3/8Co1/8Mn4/8]物質(zhì)的量比對其結(jié)構(gòu)、組成、形貌、和電化學(xué)性能的影響。Li1.11[Ni3/8Co1/8Mn4/8]O2材料具有最佳的電化學(xué)性能，常溫下，在2.75-4.2V電壓區(qū)間，其300次循環(huán)的容量保持率為95.7％，55℃高溫下，在2.75-4.2V和2.75-4.5V電壓區(qū)間，其比容量為150.3和189.3mAh·g-1，100次循環(huán)后的容量保持率分別為90.6％和88.

8、2％，而且MCMB/Li1.11[Ni3/8Co1/8Mn4/8]O2電池可以通過3C-5V過充實驗和短路實驗。和LiCoO2相比較，Li1.11[Ni3/8CO1/8Mn4/8]O2材料在2.75-4.5V電壓區(qū)間具有更高的放電比容量及更好的高溫循環(huán)穩(wěn)定性，更佳的倍率性能和耐過充性能，而且價格只有LiCoO2的一半左右。
　　 5、在恒pH值下將鈷鋁層狀雙羥基復(fù)合金屬氧化物(CoAl-LDH)均勻包覆于球狀Ni(OH)2表面，

9、與LiOH·H2O混合均勻后，經(jīng)高溫煅燒得到鈷鋁酸鋰包覆鎳酸鋰0.08LiCo0.75Al0.25O2-0.92LiNiO2正極材料。電化學(xué)測試表明，0.08LiCo0.75Al0.25O2-0.92LiNiO2正極比容量高、具有良好的倍率性能和循環(huán)壽命，其O.1C、0.5C和3C的放電比容量分別為211.0、195.6和161.0mAh.g-l，0.5C30次循環(huán)后容量保持率為93.2％，明顯優(yōu)于LiNiO2和鈷酸鋰包覆鎳酸鋰0.08