富锂锰基正极材料与Li4Ti5O12组合锂离子电池电化学性能研究-材料学专业论文.docxVIP

江西 江西理工大学硕士论文 摘要 万方数据 万方数据 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。 关键词：富锂锰基正极材料;钛酸锂;高电压循环性;高低温性能;倍率性能 I Ab Abstract Abstract Lithium-rich manganese-based cathode material is cleaner and greener, lower cost. The raw materials is more abundant than other cathode materials such as lithium cobalt oxide, which having a high energy density and safety. Lithium titanate anode material has a lower irreversible capacity and high initial charge-discharge efficiency, high cycling stability because the structure is stable. Its safty is high, because it offers a operating voltage of approximately 1.55 V vers us Li, and having a higher voltage relative to the carbon negative electrode when matching cathode material, the rate of charge-discharge is faster, which is applicable to the hybrid electric vehicles and electric vehicle