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《北京理工大学》 2016年
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碳材料改善锂离子电池正极材料性能的研究

杨新河  
【摘要】:内阻是影响锂离子电池倍率、循环和安全等性能的关键影响因素。本论文从碳材料入手,通过多种方式来改善目前正极材料所面临的导电性问题。通过材料导电性的改善来提高材料的倍率性能和循环寿命,并同时研究了半电池和全电池体系下表征材料循环性能的差异,指出半电池评测材料性能时存在的局限性。研究了不同前驱体碳源及其比例对碳包覆磷酸铁锂材料倍率、循环和低温性能的影响。研究结果表明以PEG/β-CD混合物为碳源的产物表现出了最大的比表面和最好的倍率、循环以及低温性能。进一步通过循环伏安和电化学阻抗谱等分析手段证实了PEG/β-CD混合物作为碳源能够有效降低复合材料的电荷转移电阻、提高锂离子扩散系数,从而改善磷酸铁锂正极材料的电化学性能。采用二茂铁辅助煅烧法制备LiFe_(0.6)Mn_(0.4)PO_4/C复合材料。研究表明采用二茂铁辅助煅烧法制备的Li Fe_(0.6)Mn_(0.4)PO_4/C复合物具有更为规整的碳层结构和更高的电导率,从而表现出了更好的倍率和循环性能,60℃下3 C循环100周容量保持率能够达到96%,远优于未使用二茂铁辅助煅烧的LiFe_(0.6)Mn_(0.4)PO_4/C复合材料。以碳纳米管作为钴酸锂正极材料的导电添加剂,并研究了碳纳米管在正极浆料中的分散性的影响因素。研究结果表明,碳纳米管官能团数量、分散剂分子量等是对碳纳米管分散性的关键影响因素。含有分散性较好、电子电导率较高的CNT的电极材料具有最小的电荷转移阻抗和最优的电化学性能的发挥。通过在空气中热处理制备了交联聚丙烯腈包覆的钴酸锂,有效避免了碳热还原反应对钴酸锂表层结构的破坏。并且比较了交联聚丙烯腈包覆、未包覆和氧化铝包覆的钴酸锂的电化学性能。研究结果表明,交联聚丙烯腈包覆层更加有利于抑制钴酸锂材料表层与电解液之间的副反应,减缓了电荷转移阻抗的增加,从而提升了钴酸锂正极材料在高电压下的循环性能。采用一步法合成了均匀钨包覆的NCM 523团聚体,在半电池和全电池两种体系下研究了钨包覆对NCM 523团聚体的循环性能的影响。研究结果表明,钨包覆样品在半电池测试中其循环容量保持率相对于未包覆NCM 523样品显著改善。但在全电池测试中,钨包覆样品循环性能却快速降低。这可能和有机电解质的副反应和Li_2WO_4包覆层的溶解,一定程度上消耗了在石墨负极中的活性锂离子有关。
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM912

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