化学分散剂在LiFePO4正极中的应用研究

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LiFePO4电池由于其安全性良好,循环性能优越的特点,已经成为新能源汽车与大型储能电站最佳的备选电源。但是纳米颗粒的团聚对LiFePO4正极性能有重要的影响,而传统的机械分散手段已经很难制备出分散均匀的LiFePO4正极浆料。本文从化学分散剂入手,通过在制备LiFePO4正极浆料的过程中加入合适的分散剂,改变纳米颗粒表面性质,抑制正极浆料中纳米颗粒的团聚现象,制备出高性能的LiFePO4正极,并考察了浆料的分散效果和正极的电化学性能。通过对各种化学分散剂的结构及性能经行比较后,选择3种化学分散剂Triton X-100(MTriton X-100=652)、PAA(MW=130,000,固体粉末)和PAA(Mw=5000,水溶液)作为研究对象。分别从它们的电化学稳定性、分散效果及对添加后对LiFePO4正极电化学性能的影响三个方面进行研究,实验的主要结果如下:(1)使用非离子型分散剂Triton X-100在NMP溶剂中对导电炭黑SP颗粒进行预分散,预分散后SP粒径明显减小,SP导电浆料的流动性与稳定性更好。这主要是由于Triton X-100吸附在SP颗粒表面,产生空间位阻作用阻止颗粒团聚。将这种预分散的SP导电浆料作为导电剂加入LiFePO4正极时,极片的阻抗明显降低,极化更小,1C循环200次后容量保持率为93.9%,循环性能得到明显改善。(2)使用阴离子型分散剂PAA(MW=130,000,固体粉末)在NMP溶剂中对导电炭黑SP预分散,预分散后的SP颗粒尺寸更小,SP浆料黏度更低,流动性和稳定性更好。将这种预分散的SP浆料作为导电剂加入到LiFePO4正极中时,分散均匀的SP颗粒可以形成良好的导电网络,1C循环200圈后,容量保持率为94.3%,4C倍率下放电比容量为135.1mAh g-1,LiFePO4正极的电化学性能得到明显改善。(3)使用阴离子型分散剂PAA(Mw=5000,水溶液)对水系LiFePO4正极分散研究,低分子量的PAA在水中解离后吸附在LiFePO4颗粒表面可以改变其表面疏水性质,并增强其表面电势,依靠静电斥力抑制颗粒团聚,减小颗粒粒径;分散均匀的水系LiFePO4正极浆料具有更好流动性,极片烘干后表面更加平整光滑,易于加工;更小的LiFePO4粒径可以提高Li+在LiFePO4颗粒中的扩散系数,获得更好的电极过程动力学性能,增强了水系LiFePO4正极电化学反应的可逆性,改善水系LiFePO4正极的电化学性能。图43幅,表10个,参考文献85篇
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