探析共混正极材料及磷酸亚铁锂的电化学性能研究

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1、工程硕士学位论文共混正极材料及磷酸亚铁锂的电化学性能研究ELECTROCHEMICALPERFORMANCERESEARCHONANODEBLENDANDOLINIEPHOSPHATEIRONLITHIUMMATERIALS武雪峰2009年10月国内图书分类号：TM912.2学校代码：10213国际图书分类号：621.355密级：公开工程硕士学位论文共混正极材料及磷酸亚铁锂的电化学性能研究硕士研究生：武雪峰导师：王振波副教授申请学位：工程硕士学科：化学工程所在单位：哈尔滨光宇蓄电池股份有限公司答辩日期：20

2、09年10月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM912.2U.D.C:621.355DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringELECTROCHEMICALPERFORMANCERESEARCHONANODEBLENDANDOLINIEPHOSPHATEIRONLITHIUMMATERIALSCandidate：WuXuefengSupervisor：AssociateProf.WangZhenboAcademicDegreeAppli

3、edfor：MasterofEngineeringSpecialty：ChemicalEngineeringHarbincoslightstoragebatteryAffiliation：Co.LTD.DateofDefense：Oct.,2009Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着电子设备的快速发展及能源和环境问题的日益突出，人们对化学电源提出了更高要求。锂离子电池因其高能量密度、高功率密度

4、和长的循环寿命被广泛应用于移动电子设备。层状Li(Ni,Co,Mn)O2材料因其理论容量较高及其稳定的结构、优异的热稳定性和倍率性能，成本低廉，被认为是有望取代LiCoO2的新一代锂离子电池正极材料。但Li(Ni,Co,Mn)O2材料本身在填充性上存在缺陷，放电电压容易下降。尖晶石型LiMn2O4以其高电压、高安全性、低成本、对环境友好等优点成为锂离子电池正极材料研究的热点。LiMn2O4正极材料的不足之处在于原料的均匀性不好，结构不够稳定，容量衰减快，循环可逆性差。LiFePO4/C材料具有其充电态的热稳

5、定性高，对电解液的氧化能力低，具有更好的安全性，可以用来做更大容量的电池。本论文将LiCoO2和Li(Ni,Co,Mn)O2共混，研究共混材料的电化学性能，以及共混材料实际实用的可能性；同时对LiFePO4/C材料的电化学性能也做了研究。并比较了共混材料和LiFePO4/C作为锂离子电池正极材料的电化学性能。通过扫描电子显微镜、X射线电子衍射、粒度分析仪等表征各种电极材料的物理特性。采用恒电流充放电、循环伏安曲线等测试各种电极材料的电化学性能。通过对共混材料做为正极材料的电池的充放电以及电化学性能研究结果表

6、明：共混电极材料组装的锂离子电池在循环性能、倍率性能以及安全性能方面均比单一三元材料或锰酸锂要好。同时其电池成本也明显要比钴酸锂电池低。在LiMn2O4材料中混入不同比例的LiCoO2的实验结果表明：在LiMn2O4材料中混入部分LiCoO2可以提高初始比容量，同时改善循环性能。循环衰减率随着LiCoO2含量的提高而降低，共混材料A(70%LiCoO2+30%LiMn2O4)循环衰减率为0.064%，比纯锰酸锂的0.21%的三分之一还小；材料B(60%LiCoO2+40%LiMn2O4)的循环衰减率为0.1

7、6%，材料C(40%LiCoO2+60%LiMn2O4)的循环衰减率为0.131%，材料D(30%LiCoO2+70%LiMn2O4)的循环衰减率为0.132%，与比纯锰酸锂材料小很多。在Li(Co1/3,Ni1/3,Mn1/3)O2材料中混入部分LiCoO2虽然降低了初始比容量，但可以改善循环性能。循环衰减率随着LiCoO2含量的提高而降低：材料A(30%LiCoO2+70%Li(Co1/3,Ni1/3,Mn1/3)O2)百次循环衰减率为5.75%，比纯三元材料的7.26%小许多；材料B(50%LiCoO

8、2+50%Li(Co1/3,Ni1/3,Mn1/3)O2)的百次循环衰减I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文率为5.67%，材料C(70%LiCoO2+30%Li(Co1/3,Ni1/3,Mn1/3)O2)的循环衰减率仅为3.88%，与纯三元材料相比，都要小很多。磷酸铁锂电池在低温环境里（-25℃）呈现出与常温（20℃）电池不一样的特性。-25℃环境以0.5C2A放电率约为40%，当经低温后的电池恢复室温20℃放电时