动力锂离子电池用锂盐LiBOB和正极材料性能的初步研究

摘要

采用溶液浇铸法制备了以聚氧化乙烯PEO为基体、双乙二酸硼酸锂LiBOB为导电盐的聚合物电解质膜LBOB-(PEO)n，通过差热分析、电化学阻抗谱和计时电流等方法对其进行测试，研究了聚合物电解质膜LiBOB-(PEO)n的性能、新型锂盐LiBOB的电导率和迁移数；通过恒电流充放电测试研究了以LiBOB为锂盐的电池的倍率性能和循环性能。分别以LiMn2O4、LiNi1/3Co1/3Mn1/302和LiFePO4材料为正极活性物质，LiBOB为电解液添加盐，制备了4860110型锂离子动力电池，研究了不同正极材料对锂离子动力电池倍率性能和循环性能的影响。 实验结果表明：锂盐LiBOB具有良好的导电性能，LiBOB-(PEO)n聚合物电解质膜的电导率高于LiClO4.(PEO)n体系。随着锂盐LiBOB浓度的增加，体系的电导率呈现先增大后减小的趋势，当O/Li=16：1时，LiBOB-(PEO)n体系室温下的电导率σ最高可达5.8×10-6S/cm，锂离子迁移数f+为0.39。温度升高时，LiBOB'(PEO),体系的电导率也随着增大，控温范围为30～80℃时，电导率可以从10-7S/cm上升至10-3S/cm，提高了四个数量级。 聚合物电解质体系的结晶度随着锂盐LiBOB掺入量的增加而减小。LiBOB的加入降低了PEO的熔融温度，当O/Li=16：1时，熔融温度由纯PEO的70℃降低为50℃。LiBOB能够在石墨负极形成稳定有效的SEI膜，0.25C倍率放电时电池具有较好的性能，50个循环后容量保持率为91.20％；0.5C和1C倍率的放电容量有所衰减，但0.5C仍能保持较好的循环性能。 正极活性物质对动力锂离子电池的倍率性能和循环性能有重要的影响。LiMn2O4-LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2混合正极材料比单纯的LiMn2O4材料具有更好的倍率和循环性能。三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的含量增加，电池的循环稳定性能提高。LiMn2O4和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2以质量比1:1混合时，1C倍率100次循环后的容量保持率为96.71％；以3：1混合时，电池的倍率性能相对较好，1.5C倍率的容量保持率为97.74％，放电曲线平缓，放电平台约为3.6V。 以LiFePO4为正极活性物质时，小电流下电池的放电平台非常平稳；电池具有极好的循环性能。1C倍率充放电循环100次，容量保持率高达99.02％，但电池的放电容量较低为17.14Ah；1000次循环后放电容量仍有140.13Ah，容量保持率81.63％，循环性能好于锰系混合材料。电流较大时，电池的容量保持率和放电平台都有比较大的降低，1.5C倍率的容量保持率为93.58％，放电平台约为2.98V。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1前言

1.2动力电池体系

1.2.1电动汽车对电池的性能要求

1.2.2几种动力电池体系的比较

1.3锂离子动力电池正极材料

1.3.1锂锰氧系

1.3.2锂镍钴氧系

1.3.3锰镍钴复合体系

1.3.4磷酸亚铁锂

1.4锂离子动力电池电解液

1.4.1有机溶剂

1.4.2锂盐LiBOB

1.4.3添加剂

1.5锂离子动力电池的现状

1.5.1技术现状

1.5.2应用现状

1.5.3发展前景

1.6选题依据及主要研究内容

1.6.1选题依据

1.6.2主要研究内容

第2章实验部分

2.1实验原料与试剂

2.2实验仪器与设备

2.3主要工艺流程

2.3.1极片的制备

2.3.2电池的制备

2.3.3电池的预充与压钢珠

2.4材料结构形貌测试

2.4.1 SEM分析

2.4.2 XRD分析

2.4.3 DSC测试

2.5电池性能测试

2.5.1电池充放电测试

2.5.2电池内阻测试

2.5.3交流阻抗测试

2.5.4迁移数测量

第3章新型锂盐LiBOB的性能研究

3.1 LiBOB·(PEO)n聚合物电解质膜的制备

3.2 LiBOB的浓度对电导率的影响

3.3温度对LiBOB·(PEO)n电导率的影响

3.4 LiBOB·(PEO)16电解质膜离子迁移数的测试

3.5锂盐LiBOB对电池性能的影响

3.5.1对电池循环性能的影响

3.5.2对电池倍率性能的影响

3.6本章小结

第4章正极活性物质对电池倍率性能的影响

4.1实验样品材料的结构和形貌

4.2正极材料对电池性能的影响

4.2.1不同正极材料对电池放电性能的影响

4.2.2不同正极材料对电池倍率性能的影响

4.3本章小结

第5章正极活性物质对电池循环性能的影响

5.1锰系正极材料对电池循环性能的影响

5.2 LiFePO4材料的循环性能

5.3本章小结

第6章结论

参考文献

致谢

附录A(攻读学位期间所发表的学术论文)