电容炭对锂离子电池倍率性能的影响

发布时间：2017-11-11 21:04

  本文关键词：电容炭对锂离子电池倍率性能的影响

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【摘要】：磷酸铁锂材料(LFP)因其具备突出的安全性,LiNi_(1-x-y)Co_xAl_yO_2(NCA)体系三元正极材料因其比容量较高,并且具有优异的循环性能和比较低廉的价格,已成为了电动汽车动力电源的研究热点。然而,目前的磷酸铁锂动力电池和三元材料动力锂电池仍存在充电速度较慢,大倍率条件下活性物质利用率较低等问题。本课题通过在LFP和NCA正极材料、石墨负极材料中添加电容炭,提高磷酸铁锂电池和三元材料锂离子电池在高倍率下的性能。利用直接混合的方法制备了LiFePO_4/电容炭复合电极,研究了电容炭对磷酸铁锂电池倍率性能的影响。当添加5%机械磨电容炭时,电池的倍率性能最佳:在以5C、10C和20C倍率进行快充快放时,其充电比容量均可以达到160 mAh/g,恒流段时间分别为10min、6min、2min,放电比容量分别可以高达160 mAh/g、120 mAh/g、80 mAh/g;此外,在以90C、100C进行放电时,其放电时间分别为18s和12s;通过EIS和CV分析,此时电池内部的阻抗最小,其氧化-还原峰的峰电位差较小、峰值电流较大,体现了较好的反应动力学活性和可逆性。通过直接混合的方法合成了NCA三元材料/电容炭复合电极,探究了电容炭对三元锂电池倍率性能的影响。当添加5%人工磨电容炭时,其倍率效果最优:在以5C、10C和20C倍率进行快充快放时,其恒流段时间分别为8min、4min、2min,放电比容量分别可以高达140 mAh/g、134 mAh/g、120 mAh/g;此外,在以90C、100C进行放电时,其放电时间分别为17s和11s;通过EIS和CV分析,添加电容炭后电池的电荷阻抗减小,在3.8V/4.0V的峰位,其峰值电位偏差小,在4.15V/4.15V的峰位,其对应的峰值电流大;活性物质为2.88mg的电池,以5C、10C、20C进行快充快放,放电比容量分别为110 mAh/g、100 mAh/g、90 mAh/g。选取最佳配比5%人工磨电容炭/NCA三元复合电极作正极,分别以5%磨前电容炭/石墨复合电极、5%人工磨电容炭/石墨复合电极、5%机械磨电容炭/石墨复合电极作负极,组装全电池,研究电容炭对石墨性能的影响发现:当充放电的倍率由5C、10C、20C逐渐增大时,5%机械磨电容炭/石墨、5%磨前电容炭/石墨、5%人工磨电容炭/石墨三种复合电极材料的电化学性能优势逐渐得到体现,在以20C进行充放电时,与空白电池相比,它们的充电比容量分别为70mAh/g、50mAh/g、40mAh/g、30 mAh/g,表明了添加电容炭有利于大倍率充放电。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
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本文编号：1172837