新型导电添加剂对车用动力电池正极材料性能影响研究

发布时间：2020-07-02 19:33

【摘要】：目前商用锂离子电池常用的颗粒状导电炭黑(如Super P、乙炔黑等)密度低、易团聚,导电剂利用率低,而且“点对点”的导电方式很难在正极材料颗粒间形成良好的导电网络。为保证导电效果通常需要加大导电炭黑的用量,但这会使电池的能量密度大打折扣。因此,开发具有高导电能力的新型导电添加剂,在提高电极导电效果的同时,降低导电添加剂的用量,即提高活性物质的负载量,可以同时提高电池的功率密度和能量密度。石墨烯和碳纳米管(简称为CNTs)作为高导电碳材料,是锂离子电池新型导电添加剂的理想候选。然而,对于不同尺寸和不同种类的电极材料而言,其导电增强效果及机理并不一致,但相关研究仍然比较缺乏。本文基于两种不同颗粒尺寸的动力电池正极材料,LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(简称为NCA)和LiCoO_2(简称为LCO),探究了不同维度、不同含量的导电剂对其电化学性能的影响,分别获得了不同配比的较优的石墨烯、CNTs和Super P(简称为SP)复合导电剂,有效提高了两种正极材料的倍率性能和循环稳定性。进一步,将复合导电添加剂应用于NCA与LCO混合正极材料,获得了电化学综合性能良好的混合正极配比,并从颗粒级配增强方面给与了解释。本文取得的主要研究成果如下:1.将单独或按不同比例混合的石墨烯、CNTs和SP作为NCA正极材料的导电剂。结果表明,使用总量为2 wt.%的0.5G-1CNTs-0.5SP三元复合导电剂时,在NCA粒子表面形成了多尺度复合导电网络,达到了最优的电化学性能。在10 C(1 C=200 mA·g~(-1))电流密度下的比容量(148 mA h·g~(-1))是0.2 C时的70.5%;1 C电流密度下循环100次容量保持率为88.6%。但是以1G-1SP作为导电剂时,由于过量的石墨烯对纳米级的正极材料有一定的位阻作用,阻碍了锂离子扩散,导致倍率性能和循环稳定性严重劣化。2.研究不同导电剂对LCO正极材料的性能影响,发现当石墨烯含量较多时没有出现在NCA正极材料体系中发生的阻碍锂离子运输的现象。这是因为石墨烯片对微米级的LCO粒子只是半包覆,为锂离子进出活性物质预留了扩散通道。当使用0.5G-1CNTs-0.5SP三元复合导电剂时,电化学性能最优,在电流密度为10 C(1 C=140 mA·g~(-1))时的比容量(118.2 mA h·g~(-1))是0.2 C时的78.0%;1 C下循环100次的容量保持率为92.3%。3.将NCA与LCO按一定质量比机械球磨混合,以0.5G-1CNTs-0.5SP为导电添加剂,并测试其电化学性能。结果表明,在NCA正极材料中加入一定量的LCO有助于提高电池的工作电压并减小内阻。当LCO:NCA=5:5时,在10 C(1 C=140 mA·g~(-1))电流密度下的比容量(140 mA h·g~(-1))是0.2 C时的77.5%;1 C循环100次容量保持率为89.7%。混合正极材料与纯NCA相比表现出更优的倍率性能和循环稳定性,与纯LCO相比有更高的比容量,表现出潜在的实际应用价值。
【学位授予单位】：厦门理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72
【图文】：

锂离子电池工作原理示意图

图 1-2 厦门三圈电池有限公司的模型动力车及所用的钴酸锂动力电池1.3 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料镍钴铝酸锂三元正极材料目前研究较为成熟的组分为 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(简称为

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本文编号：2738589