钴酸锂正极中添加磷酸铁锂改善电池过放性能研究

发布时间：2017-10-01 21:14

  本文关键词：钴酸锂正极中添加磷酸铁锂改善电池过放性能研究

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【摘要】：钴酸锂电池具有良好的电化学性能和储能特性,成为一些便携电子设备的电源首选。对于钴酸锂电池存在的安全问题,已经有大量工作致力于为电池的过充电提供保护。另外,钴酸锂电池还存在过放电失效问题,目前普遍采用控制电路限制其过放电,但在某些场合不适用。因此,允许钴酸锂电池过放电,并防止其过放失效,是当前亟待解决的问题。本论文主要研究了过放电对钴酸锂电池和磷酸铁锂电池性能的影响及原因;首次提出在钴酸锂正极中添加适量的磷酸铁锂以改善钴酸锂电池的耐过放性能;研究了磷酸铁锂添加的方式及添加量对钴酸锂电池耐过放性能的影响。三电极体系研究表明,钴酸锂电池过放电到0 V时,负极电势上升到3.4 V(vs.Li+/Li),会发生铜箔溶解和活性物质脱落,导致电池失效;而磷酸铁锂电池过放电到0 V,负极不发生箔溶解和活性物质脱落。研究发现,采用钴酸锂正极和磷酸铁锂正极拼接方式与石墨负极组装的全电池,三次小电流过放电到0 V的容量保持率约95%,全电池的电化学性能得到了明显的改善;和膏过程中在钴酸锂正极浆料中添加12%的磷酸铁锂做成混合正极,并与石墨负极组装成全电池,一次过放电到0 V的容量保持率94%,三次过放后容量保持率只有70%,衰减比较严重;在商用钴酸锂极片上涂覆磷酸铁锂浆料,制备含有不同磷酸铁锂含量的混合正极极片,磷酸铁锂9.7%的效果比较好,三次过放电到0 V的容量保持率约95%,五次过放90%,表现出了较好的耐过放性能。电池过放电到0 V后搁置试验发现,拼接混合正极-石墨电池和涂覆混合正极-石墨电池,虽然在小电流过放电到0 V过程中没有铜箔氧化腐蚀发生,但是,电池在0 V的状态下搁置7周之后,电池基本失效。可见,0 V状态下搁置较长时间,电池的电化学性能衰减十分严重。在石墨负极敷适量的锂粉之后制备的电池,小电流过放电到0 V后较长时间的搁置,对电池的电化学性能影响较小。但是,负极锂粉量较多时,电池的电压不易放电至0 V,所以关于敷锂粉的量还需要进一步的实验和研究。
【关键词】：钴酸锂 磷酸铁锂 过放电 锂离子电池
【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】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 课题背景及研究的目的意义9
• 1.2 LiCoO_2 正极材料高电压循环性能研究现状9-14
• 1.2.1 在LiCoO_2 材料表面进行包覆改性10-12
• 1.2.2 在LiCoO_2 电池电解液中加入添加剂12-14
• 1.3 锂离子电池过放电失效国内外研究现状14-21
• 1.3.1 放电电压过低对锂离子电池产生的影响14-16
• 1.3.2 电解液添加剂对电池抗过放性能的改善16-18
• 1.3.3 正极材料添加剂对电池抗过放性能的改善18-20
• 1.3.4 改变负极集流体对电池抗过放性能进行改善20-21
• 1.4 本课题的主要研究内容21-23
• 第2章 实验材料与方法23-28
• 2.1 实验药品及材料23-24
• 2.2 实验仪器设备24
• 2.3 电池极片的制备及锂离子全电池的装配方法24-26
• 2.3.1 正负极极片的制备24-25
• 2.3.2 拼接混合正极极片的制备25
• 2.3.3 涂覆混合正极极片的制备25
• 2.3.4 电池的装配25
• 2.3.5 三电极电池模具的装配25
• 2.3.6 过放电工步的设置25-26
• 2.4 分析测试手段26-28
• 2.4.1 恒流充放电测试26
• 2.4.2 循环伏安测试26
• 2.4.3 电化学交流阻抗测试26
• 2.4.4 电子显微镜表征26-28
• 第3章 过放电对钴酸锂电池的性能影响及其改善28-52
• 3.1 正负极活性物质容量配比对钴酸锂电池性能的影响28-29
• 3.2 过放电对LCO和LFP全电池的性能影响及原因分析29-34
• 3.2.1 LCO全电池和LFP全电池的三电极测试29-31
• 3.2.2 过放电对电池极片活性物质和集流体之间结合力的影响31-32
• 3.2.3 过放电对电池极片活性物质微观形貌的影响32-34
• 3.3 在LCO正极中添加LFP对LCO电池过放性能的改善34-50
• 3.3.1 拼接混合正极对LCO电池过放性能的改善34-44
• 3.3.2 和膏时添加不同百分含量LFP对LCO电池过放性能的改善44-46
• 3.3.3 在商用LCO正极片上涂覆LFP对电池过放性能的改善46-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第4章 在 0V状态下搁置对电池性能的影响52-71
• 4.1 过放电之后的搁置对钴酸锂电池性能的影响52-56
• 4.1.1 过放电之后的搁置对钴酸锂电池电化学性能的影响52-55
• 4.1.2 过放电之后的搁置对钴酸锂电池负极石墨形貌的影响55-56
• 4.2 过放电之后的搁置对磷酸铁锂电池性能的影响56-58
• 4.3 过放电之后的搁置对拼接混合正极-石墨全电池的性能影响58-61
• 4.4 过放电之后的搁置对涂覆混合正极-石墨全电池的性能影响61-63
• 4.5 石墨负极敷锂粉对电池耐搁置性能的改善63-69
• 4.5.1 拼接混合正极-石墨电池负极敷锂粉对电池耐搁置性能的改善63-65
• 4.5.2 涂覆混合正极-石墨电池负极敷锂粉对电池耐搁置性能的改善65-69
• 4.6 本章小结69-71
• 结论71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果76-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 余仲宝;胡俊伟;初旭光;刘庆国;;过放电对MCMB-LiCoO_2电池性能的影响[J];电池工业;2006年04期

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本文编号：955693