鋰離子電池正極材料的制備改性及表征.pdf

1、現(xiàn)代社會對能源的需求，大大促進了鋰離子電池的發(fā)展，這也使鋰離子電池電極材料的研究成為現(xiàn)在材料研究的熱點。鋰離子電池的關(guān)鍵材料之一是正極材料，正是因為正極材料的許多問題，限制了鋰離子電池的一些應(yīng)用。為了使鋰離子電池的應(yīng)用范圍更廣泛、更容易朝大型化發(fā)展，正極材料的性能提高十分必要。另外，鋰離子電池的安全性能一直是人們關(guān)注的焦點，阻燃添加劑的加入可以使易燃有機電解液變成難燃或不可燃的電解液，同時也增加電解液自身的熱穩(wěn)定性，避免電池在過熱條件下

2、的燃燒或爆炸。本論文一方面探索了一些高性能鋰離子電池的電化學(xué)性能及機理，另一方面研究了電解液體系中阻燃劑的加入對鋰離子電池的熱穩(wěn)定性的影響。 在論文第一章中，作者綜述了以下內(nèi)容：介紹了鋰離子電池的發(fā)展概況、鋰離子電池的工作原理、鋰離子電池常用的電極材料、影響正極材料性能的因素、常用的正極材料制備方法以及影響鋰離子電池安全性的因素。 在第二章中，主要介紹本論文中的實驗方法和儀器，詳細介紹了實驗用的扣式電池的制備過程，以及常

3、用的電化學(xué)和結(jié)構(gòu)測試手段。 第三章的研究主要針對目前對商品LiCoO<,2>正極的摻雜改性。作者運用燃燒法成功制得了LiCo<,1-x>ZMg<,x/2>O<,2>(0≤x≤0.2)粉末，發(fā)現(xiàn)Zr+Mg共摻雜的最佳摻雜量為x=0.06。Zr-Mg摻雜樣品的比容量可達138mAh/g和3.6V平臺效率都有所提高。 由于尖晶石LiN<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>在約4.7V工作電壓下有較理想的充放電行為

4、，因此在第四章中作者用輻照凝膠聚合法成功地合成了LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>，研究了粉術(shù)材料的電化學(xué)性能與燒結(jié)溫度的關(guān)系，950℃燒結(jié)的樣品顯示了139mAh/g的初始容量及在50個循環(huán)內(nèi)96％的容量保持率。采用緩慢降溫的措施提高了LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>在4.7V平臺的容量。此外，作者還發(fā)現(xiàn)“w”型的直流阻抗曲線對LiNi<,0.5>Mn<,1.5>O<,4>電極材料的充放電有著敏感的指示作用。

5、 由于安全性問題限制了鋰離子電池在大型動力電池例如電動汽車上的應(yīng)用，所以第五章對鋰離子電池的熱穩(wěn)定性進行了探索，研究了TMP(i)在目前商品化的LiCoO<,2>/Li體系中對電池電化學(xué)性能的及熱穩(wěn)定性的影響。作者通過對循環(huán)過的處于充電狀念的正極表面的非原位FTIR測試，對Li<,0.5>CoO<,2>正極表面化學(xué)成份進行了了分析。結(jié)果表明，5wt.％TMP(i)作為1M LiPF<,6>+EC/DEC(1：1.重量比)電解液體

6、系的添加劑大人提高了鋰離子電池的比容量、循環(huán)性能和3.6V平臺效率等電化學(xué)性能。此外，TMP(i)添加劑的使用明顯影響了正極與電解液之間的表面膜的化學(xué)成份。發(fā)現(xiàn)經(jīng)過相同循環(huán)次數(shù)、加TMP(i)添加劑的表面膜有新成份Li<,3>PO<,4>生成。同時，其表面膜阻抗和電荷轉(zhuǎn)移阻抗都小于參比樣品。用C80測試了滿充的Li<,0.5>CoO<,2>正極和電解液混合的熱穩(wěn)定性表明，加TMP(i)添加劑的電解液與Li<,0.5>CoO<,2>的熱穩(wěn)

7、定性有明顯的提高。 在第六章作者用輻照聚合凝膠法制得4V正極材料Li[Li<,0.16>,Ni<,0.21>Mn<,0.63>]O<,2>(LNM)和Li[Li<,0.2>Ni<,0.2>Mn<,0.6>]O<,2>，其中Li/Li[Li<,0.16>Ni<,0.21>Mn<,0.63>]O<,2>表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，1C放電倍率下比容量達到158 mAhg<'-1>，相對較低的Ni的價態(tài)在增加鋰離子的擴散速率、增強電子電導(dǎo)