LiFePO4/Li4Ti5O12电池的研究

摘要

由于LiFePO4和Li4Ti5O12材料具有良好的倍率性能和循环寿命,因此以LiFePO4作为正极以Li4Ti5O12作为负极的LFP/LTO锂离子电池可作为电动汽车长寿命和高功率密度的动力电池。本文首先对所用正负极材料进行了表征及电化学性能研究,然后研究了使用不同粘结剂、导电碳、隔膜和电解液所制备的LFP/LTO软包装电池性能。
　　通过XRD和SEM表征选定正极材料LFP-3和负极材料LTO-1,两种材料均为均匀的纳米颗粒。分别将两种材料与金属锂组装成半电池,测试所选材料的电化学性能。LFP-3在0.1C时的嵌锂比容量可达158.1mAh·g-1,脱锂比容量可达158.8mAh·g-1,5C时的嵌锂比容量可达118.1mAh·g-1,脱锂比容量可达119mAh·g-1,在高倍率下可发挥较高的比容量。LTO-1在0.1C时的嵌锂比容量可达165.7mAh·g-1,脱锂比容量可达165.2mAh·g-1,10C时的嵌锂比容量可达108.8mAh·g-1,脱锂比容量可达108.8mAh·g-1,1C循环100次以后,比容量保持为94.7％,LTO-1具有良好的倍率脱锂、倍率嵌锂性能和循环性能。LFP-3和LTO-1可满足LFP/LTO电池的快速充放电性能。
　　对LFP/LTO软包装电池材料进行了筛选,确定各种材料对电池性能的影响。在正极粘结剂方面,由于粘结剂分子量不同,B-a粘结剂对电池的倍率放电和低温放电性能有利,B-b粘结剂对电池的倍率充电和循环性能较为有利。在负极导电碳方面,ECP在电池的倍率放电和倍率充电性能方面表现均比SP优异,循环容量保持率也比SP更高,但低温性能中ECP和SP表现相当。在隔膜方面,隔膜A和隔膜C均具有良好的热稳定性,隔膜A内阻更低,对电池的高倍率性能较为有利,但低温性能和隔膜C相差无几,而在循环性能中,隔膜C具有优于隔膜A的稳定性。在电解液方面,E-2电解液对电池极化影响最小,而E-4电解液对电池低温放电性能更为有利。
　　LFP/LTO电池能量密度可达58Wh·kg-1,最大峰值功率密度可达1kW·kg-1,5C充电2C放电时的循环寿命可达2500次以上,具有较好的发展前景。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 锂离子电池概述

1.3 锂离子电池材料研究现状

1.4 LiFePO4/Li4Ti5O12动力电池

1.5 锂离子电池设计基础

1.6 论文研究目的意义及内容

第2章 实验方法

2.1 实验试剂与仪器

2.2 电极材料及电极片的表征

2.3 电极制备及电池组装

2.4 半电池测试

2.5 全电池测试

2.6 本章小结

第3章 LiFePO4与Li4Ti5O12材料表征及半电池性能研究

3.1 正极材料LiFePO4的表征与选择

3.2 LFP/Li半电池测试

3.3 负极材料Li4Ti5O12的表征与选择

3.4 LTO/Li半电池测试

3.5 本章小结

第4章 LFP/LTO全电池性能研究

4.2 ECP在LFP/LTO电池负极片中的应用

4.3 隔膜对LFP/LTO电池的影响

4.4 电解液对LFP/LTO电池的影响

4.5 LFP/LTO电池其他性能测试

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢