论文部分内容阅读
新能源汽车的发展对动力电池的能量密度提出了更高的要求。三元材料作为高比能锂离子电池的理想正极材料,是当前国内外研究的热点。本论文致力于开发高性能的三元材料,分别采用共沉淀-高温烧结法和模板法制备了高比容量的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料和高倍率的一维LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料,并以 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和 Li4Ti5O12 为正负极构建了高功率型全电池。采用共沉淀法制备了球形高镍三元前驱体Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2,以氢氧化锂为锂源结合高温煅烧合成了 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2。研究了氨水浓度对前驱体形貌、组分和振实密度的影响,探讨了煅烧温度以及锂化配比对材料的理化性质与电化学性能的影响。随煅烧温度的升高,LiNi0.8CoO.1Mn0.1O2的初始放电比容量增加,但循环稳定性变差;随着配锂量的增加,LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的可逆容量不断降低,倍率性能变差,然而循环稳定性得到提升。在煅烧温度为750℃,5%的过量配锂条件下制备的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2锂镍混排度较低,0.2C下具有高达177.6mAhg-1的比容量,10C大倍率下仍保持100.9 mAh g-1,5C下循环200次后的容量保持率为73.0%。采用以草酸钴晶核为模板的共沉淀法合成了一维三元前驱体Ni1/3Co1/3Mn1/3C2O4,采用碳酸锂作为锂源结合高温煅烧制备了一维LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料。研究了形核时长和煅烧温度对前驱体和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料的形貌、结构和电化学性能的影响。实验结果表明:草酸钴形核时长为6 h、煅烧温度为800℃时制备的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料具有良好的一维形貌,尺寸分布均匀,0.1C倍率下首次放电比容量为163.9 mAh g-1,倍率性能突出,10C下仍保持有120.1 mAh g-1的高比容量。采用高倍率型一维LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2为正极、商业化Li4Ti5O12为负极构建高功率型全电池,研究了充放电电压区间以及负正极容量比(NP比)对于全电池性能的影响。研究表明,NP比为1.05的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2-Li4Ti5O12电池体系,在充放电电压范围为1.5-3.5 V的条件下,1C倍率下的首次可逆容量为164.4 mAh g-1,循环60次后容量保持率为98.5%,在10C大倍率下仍保持有140.3 mAh g-1的高比容量,基于活性物质的质量全电池在2111 W kg-1的功率下能量密度达169 Wh kg-1。