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《三元富鋰正極材料低溫特性研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、三元富鋰正極材料低溫特性研究(申請清華大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文)培養(yǎng)單位：材料學(xué)院學(xué)科：材料科學(xué)與工程研究生：郭雙桃指導(dǎo)教師:趙世璽副教授二○一七年五月ResearchontheLowTemperaturePropertiesofTernaryLi-richCathodeMaterialsThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinMaterialsScienceandEngineeringbyGuoShuang
2、taoThesisSupervisor:AssociateProfessorZhaoShixiMay,2017摘要摘要鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，近幾年得到了廣泛應(yīng)用。隨著應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，尤其是航天和新能源汽車領(lǐng)域，對鋰離子電池的低溫性能提出了很高的要求。然而研究表明鋰離子電池正負(fù)極在低溫下電化學(xué)性能衰減嚴(yán)重、碳類負(fù)極析鋰現(xiàn)象明顯，極大地限制了鋰離子電池的發(fā)展。正極作為鋰離子電池的鋰源幾乎決定了電池的能量密度和功率密度，且正極材料成本占電池成本1/3以上，改善正極的低溫性能現(xiàn)實意義重大。富鋰正極具有高電壓、高容量優(yōu)勢，是最具潛力的正極材料之
3、一；但是其低溫下也存在著電壓降低、容量衰減等問題，然而對其低溫研究較少且缺乏系統(tǒng)性。針對以上問題，本課題以三元富鋰正極Li1.55Ni0.15Co0.15Mn0.70O2.55為對象，對其合成工藝、電化學(xué)特性、低溫衰減機(jī)理、性能改性等方面進(jìn)行了研究。探索了前驅(qū)體Ni0.15Co0.15Mn0.70CO3共沉淀過程中攪拌速度、金屬離子濃度等參數(shù)對其組成和形貌的影響以及混鋰方式和鋰源對其燒結(jié)顆粒分散性和鋰含量的影響。結(jié)果顯示：當(dāng)碳酸鈉、氨水相比金屬離子摩爾數(shù)分別是120%和20%時，采用先絡(luò)合再沉淀的方式能夠很好地保證碳酸鹽前驅(qū)體的化學(xué)計量比；以三項交口-1瓶作為反應(yīng)釜
4、，攪拌速度為750rpm，金屬離子溶液濃度在0.3molL，進(jìn)液速度-1為1.8mLmin時得到的碳酸鹽前驅(qū)體組成精確、球形度和分散性最佳；與碳酸鋰液相攪拌混合后得到的富鋰正極材料表面無碎屑、顆粒分散性好且球形度飽滿。采用XRD、XPS、SEM、ICP、CV、EIS、恒流充放電等表征手段，測試了三元富鋰正極的物理特征和電化學(xué)性能，對比分析了低溫對其電化學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示：三元富鋰正極電化學(xué)性能對溫度有很大的依賴性，隨著溫度的降低，其電化學(xué)性能發(fā)生了很大的衰減。深入分析發(fā)現(xiàn)，限制富鋰正極低溫性能的因素有以下幾個方面：在低溫下Li2MnO3活化程度降低，貢獻(xiàn)容量減少
5、；低溫限制了++Li回嵌進(jìn)入MnO2；低溫下的晶格收縮限制了Li在晶體里面的擴(kuò)散；低溫下三元富鋰正極電化學(xué)阻抗增加明顯，尤其是Rct，降低了其電化學(xué)反應(yīng)動力速率；鋰離子擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的降低而減小，從25°Ｃ到0°Ｃ降低了1~2個數(shù)量級。針對Li2MnO3低溫失活這一因素，實驗中采用室溫活化手段對其改性，效果-1顯著。經(jīng)室溫預(yù)循環(huán)五圈后，富鋰正極在0°C下的可逆放電容量從75mAhg增-1加到135mAhg。關(guān)鍵詞：富鋰正極；碳酸鹽共沉淀；低溫性能；衰減機(jī)理；預(yù)活化改性IAbstractAbstractRecently,lithium-ionbatterieshave
6、beenwidelyusedduetotheirhighenergydensity,longcyclelife,nomemoryeffect.Withtheexpansionofapplicationareas,especiallytothefieldofaerospaceandnewenergyvehicles,lithium-ionbatterieswithgreatlow-temperatureperformancearedemanded.However,lotsofresearcheshavedemonstratedthatatlowtemperature,
7、thedegradationofelectrochemicalperformancesandlithiumplatingofelectrodesareserious,whichgreatlylimitsthefurtherapplicationoflithium-ionbatteries.BeingtheLisource,cathodematerialsalmostdeterminetheenergyandpowerdensityoflithium-ionbatteries,andthecostofcathodematerialsaccountedformore
