鋰離子電池的新研究.pdf

1、鋰離子電池與傳統(tǒng)的二次電池如鉛酸電池、Ni/Cd電池、Ni/MH電池等相比，在比功率、能量密度及充放電性能方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)。而且，鋰離子電池還有著循環(huán)壽命長、自放電率低、“綠色”環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛地應(yīng)用于小型用電器中，并正積極地向國防工業(yè)、空間技術(shù)、電動(dòng)汽車、靜置式備用電源(UPS)等領(lǐng)域發(fā)展。鋰離子電池技術(shù)及性能的進(jìn)一步提高，主要依賴于電池中各組分材料的改進(jìn)開發(fā)及電池工藝的革新，進(jìn)一步提高性能和降低成本是現(xiàn)階段鋰離子電池發(fā)展和改

2、進(jìn)的主攻方向。正負(fù)極材料由于在電池成本中所占比重較大，對(duì)它們進(jìn)行研究顯得尤其重要。 本論文在綜述當(dāng)前鋰離子電池電極材料最新研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，制備了相關(guān)的電極材料并對(duì)其在電池裝置中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究。利用 TG-DTA、XRD、SEM和TEM等技術(shù)對(duì)電極材料的微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了分析，采用恒電流充放電、循環(huán)伏安(cV)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)等技術(shù)詳細(xì)的測(cè)試了其電化學(xué)性能。主要內(nèi)容如下： 1．對(duì)LiMn<,2>O<,4

3、>正極材料的制備方法進(jìn)行了詳細(xì)的研究并加以改進(jìn)，首次采用微波輔助流變相法制備了尖晶石型LiMn<,2>O<,4>鋰離子電池正極材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，微波輔助流變相法具有焙燒反應(yīng)時(shí)間短，節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，且制得的LiMn<,2>O<,4>樣品形貌規(guī)則，顆粒分散均勻。這主要是由于微波加熱不僅是從外部加熱更是從前軀體的內(nèi)部加熱，是體加熱，與傳統(tǒng)的加熱方式不同，熱傳遞方式是由內(nèi)到外，加熱速度較快，因此提供了一個(gè)均勻的加熱環(huán)境，這樣既縮短了合成樣品的

4、時(shí)間又阻止了顆粒的團(tuán)聚。從而使樣品具有完美的晶體形貌和良好的電化學(xué)性能。 2．對(duì)LiMn<,2>O<,4>正極材料進(jìn)行了不同離子摻雜的改性研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，金屬陽離子的摻雜有效地抑制了LiMn<,2>O<,4>材料的Jahn-Teller畸變效應(yīng)，增強(qiáng)了尖晶石結(jié)構(gòu)中宿主內(nèi)部原子間結(jié)合力，提高了材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)而顯著提高了LiMn<,2>O<,4>尖晶石的循環(huán)穩(wěn)定性。對(duì)比結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋁、鈷、鋅三種金屬離子的摻雜中，Co摻雜型L

5、iCo<,0.05>Mn<,1.95>O<,4>正極材料具有最好的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)30周后，其容量衰減僅為3％。且其具有良好的倍率容量，在2C/3下的放電容量是在C/3下放電容量的97.5％。這些優(yōu)異的性能為LiCo<,0.05>Mn<,1.95>O<,4>樣品的實(shí)用化提供了可能。 利用陰陽離子的協(xié)同作用，制備了Al-F雙摻雜型LiAl<,0.05>Mn<,1.95>O<,3.95>F<,0.05>鋰離子電池正極材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

6、明，前驅(qū)體中LiF的加入，可以起到助熔的作用，促進(jìn)尖晶石相的燒結(jié)，對(duì)改善晶體的形貌起到了一定的作用。陰陽離子雙摻雜的協(xié)同作用不僅降低了Jahn-Teller畸變效應(yīng)，改善了材料的循環(huán)性能，同時(shí)也提高了材料的放電容量。因此，陰陽離子協(xié)同雙摻雜對(duì)改善錳酸鋰電池的電化學(xué)性能比陽離子單摻效果好。 3．采用原位化學(xué)氧化聚合法制備了聚苯胺/多壁碳納米管復(fù)合材料，首次將該復(fù)合材料用作可充式鋰電池的正極材料，以提高聚苯胺的比容量及庫侖效率。多壁

7、碳納米管對(duì)復(fù)合材料的電化學(xué)性能有著明顯的改善作用，它使復(fù)合材料更可逆，具有更多的法拉第反應(yīng)活性位置，增加了復(fù)合材料的電子導(dǎo)電率，降低了復(fù)合材料的電阻，便利了復(fù)合材料的電荷轉(zhuǎn)移，且保持并改善電極結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)電極循環(huán)時(shí)的完整性。復(fù)合材料的最高放電容量達(dá)118.8 mAh/g，而純聚苯胺的比容量僅為97.8 mAh/g，提高了約21.5％。而且多壁碳納米管的引入有效地提高了聚苯胺的循環(huán)穩(wěn)定性。 4．通過銀鏡反應(yīng)制備了TiO<,2>納米管