鋰離子電池正極材料的熱穩(wěn)定性與改性研究.pdf

1、鋰離子電池以其工作電壓高、能量密度高、無記憶效應(yīng)及環(huán)境友好等優(yōu)點受到科研界和產(chǎn)業(yè)界的矚目，也被認為是最有希望的電動汽車動力電池體系。然而，鋰離子電池熱失控引發(fā)的火災(zāi)爆炸事故屢見報道，安全性問題已成為阻礙鋰離子電池在儲能、動力電源產(chǎn)業(yè)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的主要原因之一。導(dǎo)致鋰離子電池熱失控的因素有很多，但正極材料相關(guān)的熱分解對電池產(chǎn)熱的貢獻最大，因此對正極材料熱穩(wěn)定性的研究是十分有必要的，它有助于我們理解材料分解的過程，并在此基礎(chǔ)上對材料進行

2、改性，獲得熱穩(wěn)定更好的正極材料，從而提高電池的安全性，降低鋰離子電池發(fā)生事故的可能性。
　　本文采用DSC技術(shù)對幾種商業(yè)化正極材料的熱穩(wěn)定性進行了系統(tǒng)的研究，并在此基礎(chǔ)上對商業(yè)化LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(L523)進行包覆改性。具體的工作如下:
　　(1)通過研磨混合的方式將LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(L523)和LiMn2O4(LMO)以一定比例混合制備復(fù)合材料，并對該材料的電化學性能、熱穩(wěn)定性進

3、行研究。研究表明，LMO的加入有助于提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，L523的加入有助于提高材料的容量，同時消除LMO與電解液(1 M LiPF6/EC+DMC(1∶1 wt％)）在160～200℃之間的反應(yīng):L523可以和電解液中的HF產(chǎn)生H+/Li+的交換，降低電解液中HF的含量，從而避免了LMO與HF之間引發(fā)的一系列反應(yīng);
　　(2)對充電到4.3V的商業(yè)化的L523、LMO、LiFePO4(LFP)電極材料的熱穩(wěn)定性進行了

4、系統(tǒng)的研究。研究表明，LFP具有最好的熱穩(wěn)定性，LMO次之，L523最差。溶劑(EC+DMC(1∶1wt％))的加入促進以上三種材料的分解;鋰鹽(LiPF6)的加入，進一步促進LMO和LFP的分解，但對L523的分解有一定的抑制作用;在3μL電解液中加入不同質(zhì)量的電極材料，研究表明隨著電極材料質(zhì)量的增加，L523和LMO體系的總放熱量變大，LFP體系的總放熱量減小，但是基于單位質(zhì)量電極材料的放熱量，L523體系變化不大，LMO體系減少明

5、顯，LFP體系減小的更加明顯;
　　(3)通過兩步法合成了LTO@NCM(LTO:Li2TiO3;NCM:(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2)復(fù)合材料。XRD研究結(jié)果表明該方法可以同時實現(xiàn)表面Li2TiO3包覆和主體結(jié)構(gòu)Ti4+摻雜。電化學測試結(jié)果表明當包覆量為3％時，材料在高電壓下(3.0～4.6V)，具有優(yōu)異的倍率性能，0.2 C、0.5 C、1C、2C、5C、10C下的放電容量分別為180.1、174.6、168.4、