富锂锰基正极材料与Li4Ti5O12组合锂离子电池电化学性能研究

摘要

富锂锰基正极材料相对钴酸锂等其他正极材料清洁环保、成本低、原料丰富,具有较高的能量密度和安全性。负极材料钛酸锂结构稳定,因此不可逆容量较低,首次充放电效率和循环稳定性较高,因其相对锂电位较高(1.55 V),其安全性较高,相对碳负极与正极匹配时具有较高的电压,可以快速充放电,适合用作电动车及混合电动车等功率型电池的负极材料。
　　本论文以富锂锰基材料(RM-1)为正极,钛酸锂(LTO)为负极,组装成14500型圆柱电池,并对其不同电压循环性能、高温性能、低温放电性能、以及不同倍率放电性能进行研究,主要包括如下内容:
　　首先,研究电池在不同电压下的循环性,当电压在3.1 V以下时,在前50次循环过程中,放电比容量逐渐升高,50次至300次保持了良好的循环稳定性;当电压在3.1 V以上时,前25次循环过程中放电比容量不断上升(除3.3 V的在250次后出现显著下降趋势外)在25次至300次保持了良好的循环稳定性。
　　其次,对电池在55℃下的循环稳定性及在55℃、80℃下的储存性能进行研究,与常温相比,电池在55℃的放电比容量增加了4.34％,且表现出良好的循环稳定性;相对储存前,电池在55℃和80℃下分别储存3 d、1 d后电压降最为显著,均下降了0.16 V,并呈现明显的胀气现象,表明在80℃下电池内部反应较在55℃下更快。
　　然后,对比了不同导电剂,正极不同面密度和压实密度,不同类型电解液对低温放电性能的影响,通过对导电剂和正极不同压实密度的SEM测试发现,KS-6为鳞片状大颗粒,不易形成致密的导电网络,界面反应性能差,Super-P为近似球形的小颗粒,比表面积较大,可以均匀包覆在材料周围,导电性较好,CNTs(多壁碳纳米管)为中空的管状导电剂,具有良好的导电性,减少电池极化,且发现随压实密度增加颗粒间距变短。结果表明,添加 CNTs作为导电添加剂,正极面密度为280 g/m2,压实密度为3.0 g/cm3,使用低温电解液的电池表现出较好的低温性能,分别为常温放电比容量的47.77%、35.86%、35.71%、35.33%;
　　最后,研究采用相同导电剂时,正极不同面密度、压实密度以及不同化成条件对电池不同放电倍率的影响,研究表明,添加混合导电剂KS-6+Super-P对应电池的同一倍率放电比容量高于添加单一Super-P和单一KS-6的,1 C达116 mAh/g,6 C放电保持率在84.10%以上,添加导电剂碳纳米管后电池1 C放电比容量为118.4 mAh/g,均高于采用其它导电剂的;高温和高压化成显著提高了放电比容量1 C达124.5 mAh/g,但不同倍率放电下降程度较显著,6 C放电容量保持率均在70%以下。

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第一章 文献综述

1.1 前言

1.2 锂离子电池工作原理和特点

1.3 锂离子电池的结构

1.4 锂离子电池的应用

1.5 锂离子电池电化学性能研究现状

1.6 问题的提出和本文主要研究内容

第二章 实验方法

2.1 实验材料及设备

2.2 电池组装

2.3 电化学和其它性能测试

第三章 不同电压区间性能研究

3.1 不同电压区间首次充放电研究

3.2 不同电压区间循环性能研究

第四章 高低温性能研究

4.1 高温循环性能研究

4.2 高温储存性能研究

4.3 低温性能研究

第五章 倍率性能研究

5.1 KS-6与面密度、压实密度的影响

5.2 Super-P与面密度、压实密度的影响

5.3 Super-P+KS-6与面密度、压实密度的影响

5.4 碳纳米管与化成条件的影响

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果