共混正極材料及磷酸亞鐵鋰的電化學性能研究.pdf

1、隨著電子設備的快速發(fā)展及能源和環(huán)境問題的日益突出，人們對化學電源提出了更高要求。鋰離子電池因其高能量密度、高功率密度和長的循環(huán)壽命被廣泛應用于移動電子設備。層狀Li(Ni,Co,Mn)O2材料因其理論容量較高及其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和倍率性能，成本低廉，被認為是有望取代LiCoO2的新一代鋰離子電池正極材料。但Li(Ni,Co,Mn)O2材料本身在填充性上存在缺陷，放電電壓容易下降。尖晶石型LiMn2O4以其高電壓、高安全性、低成

2、本、對環(huán)境友好等優(yōu)點成為鋰離子電池正極材料研究的熱點。LiMn2O4正極材料的不足之處在于原料的均勻性不好，結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，容量衰減快，循環(huán)可逆性差。LiFePO4/C材料具有其充電態(tài)的熱穩(wěn)定性高，對電解液的氧化能力低，具有更好的安全性，可以用來做更大容量的電池。
　　本論文將LiCoO2和Li(Ni,Co,Mn)O2共混，研究共混材料的電化學性能，以及共混材料實際實用的可能性；同時對LiFePO4/C材料的電化學性能也做了研究。并

3、比較了共混材料和LiFePO4/C作為鋰離子電池正極材料的電化學性能。通過掃描電子顯微鏡、X射線電子衍射、粒度分析儀等表征各種電極材料的物理特性。采用恒電流充放電、循環(huán)伏安曲線等測試各種電極材料的電化學性能。
　　通過對共混材料做為正極材料的電池的充放電以及電化學性能研究結(jié)果表明：共混電極材料組裝的鋰離子電池在循環(huán)性能、倍率性能以及安全性能方面均比單一三元材料或錳酸鋰要好。同時其電池成本也明顯要比鈷酸鋰電池低。
　　在LiM

4、n2O4材料中混入不同比例的LiCoO2的實驗結(jié)果表明：在LiMn2O4材料中混入部分LiCoO2可以提高初始比容量，同時改善循環(huán)性能。循環(huán)衰減率隨著LiCoO2含量的提高而降低，共混材料A(70％ LiCoO2+30% LiMn2O4)循環(huán)衰減率為0.064%，比純錳酸鋰的0.21%的三分之一還??；材料B(60%LiCoO2+40%LiMn2O4)的循環(huán)衰減率為0.16%，材料C(40%LiCoO2+60%LiMn2O4)的循環(huán)衰減率

5、為0.131%，材料D(30%LiCoO2+70%LiMn2O4)的循環(huán)衰減率為0.132%，與比純錳酸鋰材料小很多。
　　在Li(Co1/3,Ni1/3,Mn1/3)O2材料中混入部分LiCoO2雖然降低了初始比容量，但可以改善循環(huán)性能。循環(huán)衰減率隨著LiCoO2含量的提高而降低：材料A(30%LiCoO2+70%Li(Co1/3,Ni1/3,Mn1/3)O2)百次循環(huán)衰減率為5.75%，比純?nèi)牧系?.26%小許多；材料B(

6、50%LiCoO2+50%Li(Co1/3,Ni1/3,Mn1/3)O2)的百次循環(huán)衰減率為5.67%，材料C(70% LiCoO2+30% Li(Co1/3,Ni1/3,Mn1/3)O2)的循環(huán)衰減率僅為3.88%，與純?nèi)牧舷啾?，都要小很多?br>　　磷酸鐵鋰電池在低溫環(huán)境里（-25℃）呈現(xiàn)出與常溫（20℃）電池不一樣的特性。-25℃環(huán)境以0.5C2 A放電率約為40%，當經(jīng)低溫后的電池恢復室溫20℃放電時，放出容量可達100%

7、，恢復容量也可達到100%；當電池在-10℃使用時，以0.2C2 A充放電循環(huán)容量衰減較大，容量損失較多?？梢姷蜏匮h(huán)對電池容量影響較大。
　　通過對共混材料和磷酸鐵鋰的電性能比較，可以看出:充放電效率方面，共混三元材料達到98%，較共混錳酸鋰的92.3%要高，和磷酸鐵鋰的97.9%非常接近。在循環(huán)性能方面，共混三元材料的百次循環(huán)衰減率為4.00%，錳酸鋰僅為2.93%，而磷酸鐵鋰為6.97%。在2 C倍率放電狀態(tài)下的保持率：共混