三元富锂正极材料低温特性研究

《三元富锂正极材料低温特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、三元富锂正极材料低温特性研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：材料学院学科：材料科学与工程研究生：郭双桃指导教师:赵世玺副教授二○一七年五月ResearchontheLowTemperaturePropertiesofTernaryLi-richCathodeMaterialsThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinMaterialsScienceandEngineeringbyGuoShuang

2、taoThesisSupervisor:AssociateProfessorZhaoShixiMay,2017摘要摘要锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，近几年得到了广泛应用。随着应用领域扩展，尤其是航天和新能源汽车领域，对锂离子电池的低温性能提出了很高的要求。然而研究表明锂离子电池正负极在低温下电化学性能衰减严重、碳类负极析锂现象明显，极大地限制了锂离子电池的发展。正极作为锂离子电池的锂源几乎决定了电池的能量密度和功率密度，且正极材料成本占电池成本1/3以上，改善正极的低温性能现实意义重大。富锂正极具有高电压、高容量优势，是最具潜力的正极材料之

3、一；但是其低温下也存在着电压降低、容量衰减等问题，然而对其低温研究较少且缺乏系统性。针对以上问题，本课题以三元富锂正极Li1.55Ni0.15Co0.15Mn0.70O2.55为对象，对其合成工艺、电化学特性、低温衰减机理、性能改性等方面进行了研究。探索了前驱体Ni0.15Co0.15Mn0.70CO3共沉淀过程中搅拌速度、金属离子浓度等参数对其组成和形貌的影响以及混锂方式和锂源对其烧结颗粒分散性和锂含量的影响。结果显示：当碳酸钠、氨水相比金属离子摩尔数分别是120%和20%时，采用先络合再沉淀的方式能够很好地保证碳酸盐前驱体的化学计量比；以三项交口-1瓶作为反应釜

4、，搅拌速度为750rpm，金属离子溶液浓度在0.3molL，进液速度-1为1.8mLmin时得到的碳酸盐前驱体组成精确、球形度和分散性最佳；与碳酸锂液相搅拌混合后得到的富锂正极材料表面无碎屑、颗粒分散性好且球形度饱满。采用XRD、XPS、SEM、ICP、CV、EIS、恒流充放电等表征手段，测试了三元富锂正极的物理特征和电化学性能，对比分析了低温对其电化学性能的影响。结果显示：三元富锂正极电化学性能对温度有很大的依赖性，随着温度的降低，其电化学性能发生了很大的衰减。深入分析发现，限制富锂正极低温性能的因素有以下几个方面：在低温下Li2MnO3活化程度降低，贡献容量减少

5、；低温限制了++Li回嵌进入MnO2；低温下的晶格收缩限制了Li在晶体里面的扩散；低温下三元富锂正极电化学阻抗增加明显，尤其是Rct，降低了其电化学反应动力速率；锂离子扩散系数随温度的降低而减小，从25°Ｃ到0°Ｃ降低了1~2个数量级。针对Li2MnO3低温失活这一因素，实验中采用室温活化手段对其改性，效果-1显著。经室温预循环五圈后，富锂正极在0°C下的可逆放电容量从75mAhg增-1加到135mAhg。关键词：富锂正极；碳酸盐共沉淀；低温性能；衰减机理；预活化改性IAbstractAbstractRecently,lithium-ionbatterieshave

6、beenwidelyusedduetotheirhighenergydensity,longcyclelife,nomemoryeffect.Withtheexpansionofapplicationareas,especiallytothefieldofaerospaceandnewenergyvehicles,lithium-ionbatterieswithgreatlow-temperatureperformancearedemanded.However,lotsofresearcheshavedemonstratedthatatlowtemperature,

7、thedegradationofelectrochemicalperformancesandlithiumplatingofelectrodesareserious,whichgreatlylimitsthefurtherapplicationoflithium-ionbatteries.BeingtheLisource,cathodematerialsalmostdeterminetheenergyandpowerdensityoflithium-ionbatteries,andthecostofcathodematerialsaccountedformore