鋰離子動力電池電極材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、鋰離子電池因其工作電壓高、能量密度和功率密度高、循環(huán)壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)點成為很有應用前景的動力電源。本文主要圍繞鋰離子動力電池用電極材料Li4Ti5O12、LiNi0.5Mn1.5O4以及Li3V2(PO4)3的研究展開,同時組裝了Li4Ti5O12扣式全電池和商用型圓柱和軟包電池,具有重要的理論和實際應用價值。
　　論文通過X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、恒流充放電、循環(huán)伏安(CV)、交流阻抗(E

2、IS)等實驗方法對制備的Li4Ti5O12、LiNi0.5Mn1.5O4和Li3V2(PO4)3材料進行了系統(tǒng)研究。同時采用各種電化學測試方法對組裝的Li4Ti5O12扣式全電池和商用圓柱和軟包電池進行了系統(tǒng)研究。首次將甘氨酸單一絡合劑以及甘氨酸和β-環(huán)糊精復合絡合劑引入Li3V2(PO4)3體系對提高它的電化學性能具有重要作用;首次采用具有高鋰離子擴散系數(shù)的Li4Ti5O12對Li3V2(PO4)3進行包覆提供了一條提高Li3V2(P

3、O4)3倍率性能的有效途徑;通過添加漿料添加劑開發(fā)了一種簡便、新穎的改善Li3V2(PO4)3電化學性能的方法。
　　研究結果表明固相法制備尖晶石型Li4Ti5O12的最佳工藝條件為:煅燒溫度為800℃,煅燒時間為16h。以其為負極組裝LiFePO4/Li4Ti5O12扣式全電池,正極容量過量30％的電池具有最好的倍率和循環(huán)性能。溶膠-凝膠法制備LiNi0.5Mn1.5O4的最佳工藝條件為:溶液pH值為6.0,煅燒溫度為900℃,

4、煅燒時間為12h。以其為負極組裝LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12扣式全電池,正極容量過量40%的電池具有最好的倍率和循環(huán)性能。甘氨酸輔助溶膠-凝膠法制備Li3V2(PO4)3/C的最佳工藝條件為:絡合劑甘氨酸和金屬離子的物質的量比R=0.8,煅燒溫度為800℃,煅燒時間為8h。與基于甘氨酸單一絡合劑的溶膠-凝膠法相比采用復合絡合劑溶膠-凝膠法制備的Li3V2(PO4)3/C具有更優(yōu)的電化學性能。采取具有高鋰離子擴散系數(shù)的

5、Li4Ti5O12對Li3V2(PO4)3進行包覆,以及在制備Li3V2(PO4)3漿料時添加LiCoO2漿料添加劑都可以顯著提高材料的電化學性能。
　　綜上所述,與LiFePO4/Li4Ti5O12全電池相比LiNi0.5Mn1.5O4/Li4Ti5O12具有更好的電化學性能;與Li3V2(PO4)3正極材料相比,LiNi0.5Mn1.5O4具有更高的脫嵌鋰電位,所以LiNi0.5Mn1.5O4是一種更具發(fā)展前景的鋰離子動力電池