锂离子电池正极活性物质掺杂和包覆处理技术及其性能研究

摘要

锂离子电池与传统的二次电池相比，具有高比容量及高比功率等显著特点，是移动式电子设备、电动汽车以及国防等高技术应用的理想选择。目前制约锂离子电池发展的主要问题是电池的放电容量和安全性能有待于进一步的提高。本论文针对锂离子电池现存的一些应用基础问题进行了研究，主要结果有： （1）研究了四种不同粒径碳导电剂的吸液能力和振实密度，通过充放电性能、循环伏安、交流阻抗，研究了导电剂单一使用、两两混合使用、三四种混合使用时、导电剂含量不同时、以及导电聚合物PPY和Pan作为正极活性物质LiCoO2的导电剂对锂离子电池性能的影响。结果表明：a)吸液能力随着振实密度的增大而减小；b)含SP+SO、GD+SO为导电剂时的电池性能较好；c)当导电剂SP+SO含量为7﹪时电池性能最好；d)掺杂PPY和Pan后的正极极片，导电性能增加，首次放电比容量也升高。 （2）研究了不同类型的正极材料的物理掺杂和包覆，结果表明：同种晶型材料搭配使用时电池的性能几乎没有提高，而不同晶型如层状结构和尖晶石结构材料搭配使用时电池的循环性能大大提高。 （3）比较了固相法和共沉淀法制得的Li1.05Ni0.8Co0.2O2正极材料的结构和电化学性能，发现采用共沉淀法制得的产物的阳离子有序度及充放电容量均优于固相法所得的材料。 （4）固相法制备的Li1.05Ni0.8Co0.15M0.05O2样品具有与层状结构LiNiO2相同的晶体结构，属于三方晶系晶胞。研究发现，锂镍钴化合物中掺杂铝可稳定化合物的结构，掺杂锆的样品的I(003)/I(104)的比值较大，阳离子有序度高，结构稳定，但电化学性能尚未得到显著的提高，有待于进一步深入的研究。 （5）最后利用交流阻抗法研究了在不同放电深度、不同极化电位、不同充放电倍率下，Li+在LiCoO2电极中的电化学行为。结果表明：随着放电深度的增加Li+嵌入和脱出的电化学阻抗越来越大；电极的膜阻抗与极化电位无关，但随充放电电流的增大而减小；在恒电位对处于放电态电极极化时，其阴极过程受固相扩散控制，其阳极过程受电化学过程控制；电极的电荷传递过程阻抗与充放电电流有关，且随着电流密度的增大而减小。