锂离子正极三元材料的制备及其软包池的充放电行为研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mengxiangpiaoxue
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锂离子电池是受目前社会关注度非常高的新型二次电池,因具有容量高、循环性能好、制造成本相对较低以及良好的安全性能等优点,已成为当今社会应用最广泛和最具发展潜力的电池之一。层状正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有镍、钴、锰三种元素协同效应的优点,具有振实密度高、工作电压高、成本低、绿色环保等优势,被业界认为是有望取代LiFePO4和LiCoO2的新一代锂离子电池正极材料,是当前研究的热门领域。本文分别采用溶胶凝胶法与静电纺丝法合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,并对对材料的形貌和晶胞结构分别使用了XRD和SEM进行了表征比较;使用了蓝电等测试系统分析了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的电化学性能;最后将合成的材料进行了放大,运用软包锂离子工艺制备了水系粘结剂体系的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2-DAH软包电池,同时研究了极片厚度,环境温度、剩余电荷(SOC)对电池性能的影响。溶胶凝胶法的实验中,在3种反应络合剂中,选用1,6-己二胺效果最好,制备的材料具有α-NaFeO2层状结构,粒径在150200 nm之间,0.2 C倍率条件下100次循后比容量为131.5 mA h g-1,容量保持率为81.4%;之后选用络合剂为1,6-己二胺,设定溶液反应温度为80℃,反应体系的pH值为9,材料空气氛围中煅烧温度为850℃时,可以得到材料的首次电池放电比容量为179.5 mA h g-1,库伦效率为78.2%;在0.2 C倍率条件下,100次循后放电比容量为138.9 mA h g-1,材料的容量保持率为82.3%。在静电纺丝法的实验中,经过优化实验条件之后,选用NMP作为纺丝液溶剂,PVP质量分数为12%,针尖到极板的距离设定为18 cm,纺丝电压为20 kV。在以上条件下进行纺丝,将得到的纺丝材料在马弗炉中800℃煅烧12 h后,得到LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,材料粒径在200 nm左右,分布均匀;在0.2 C倍率条件下循环100次之后,电池放电比容量为144.3 mA h g-1,材料的容量保持率为84.2%。与溶胶凝胶法的样品相比,静电纺丝法制备的正极材料性能更优异一些。将上述胶凝胶法合成的材料作为正极活性物质,石墨为负极活性物质,在LA-133作为水系粘结剂的条件下,设计并且利用叠片式软包工艺组装了电池;实验中,将电池分别置于50℃和-5℃环境中,在1 C倍率的条件下,所制软包电池的放电容量分别为223.8 mA h和169.2 mA h。实验后电池未发生电解液泄漏、电池鼓胀等情况;同时发现电池在SOC<80%时,阻抗平稳增加,当80%<SOC<90%时,电阻有较大的增加。
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