【摘要】：目前商用鋰離子電池常用的顆粒狀導(dǎo)電炭黑(如Super P、乙炔黑等)密度低、易團(tuán)聚,導(dǎo)電劑利用率低,而且“點(diǎn)對點(diǎn)”的導(dǎo)電方式很難在正極材料顆粒間形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。為保證導(dǎo)電效果通常需要加大導(dǎo)電炭黑的用量,但這會(huì)使電池的能量密度大打折扣。因此,開發(fā)具有高導(dǎo)電能力的新型導(dǎo)電添加劑,在提高電極導(dǎo)電效果的同時(shí),降低導(dǎo)電添加劑的用量,即提高活性物質(zhì)的負(fù)載量,可以同時(shí)提高電池的功率密度和能量密度。石墨烯和碳納米管(簡稱為CNTs)作為高導(dǎo)電碳材料,是鋰離子電池新型導(dǎo)電添加劑的理想候選。然而,對于不同尺寸和不同種類的電極材料而言,其導(dǎo)電增強(qiáng)效果及機(jī)理并不一致,但相關(guān)研究仍然比較缺乏。本文基于兩種不同顆粒尺寸的動(dòng)力電池正極材料,LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2(簡稱為NCA)和LiCoO_2(簡稱為LCO),探究了不同維度、不同含量的導(dǎo)電劑對其電化學(xué)性能的影響,分別獲得了不同配比的較優(yōu)的石墨烯、CNTs和Super P(簡稱為SP)復(fù)合導(dǎo)電劑,有效提高了兩種正極材料的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。進(jìn)一步,將復(fù)合導(dǎo)電添加劑應(yīng)用于NCA與LCO混合正極材料,獲得了電化學(xué)綜合性能良好的混合正極配比,并從顆粒級配增強(qiáng)方面給與了解釋。本文取得的主要研究成果如下:1.將單獨(dú)或按不同比例混合的石墨烯、CNTs和SP作為NCA正極材料的導(dǎo)電劑。結(jié)果表明,使用總量為2 wt.%的0.5G-1CNTs-0.5SP三元復(fù)合導(dǎo)電劑時(shí),在NCA粒子表面形成了多尺度復(fù)合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),達(dá)到了最優(yōu)的電化學(xué)性能。在10 C(1 C=200 mA·g~(-1))電流密度下的比容量(148 mA h·g~(-1))是0.2 C時(shí)的70.5%;1 C電流密度下循環(huán)100次容量保持率為88.6%。但是以1G-1SP作為導(dǎo)電劑時(shí),由于過量的石墨烯對納米級的正極材料有一定的位阻作用,阻礙了鋰離子擴(kuò)散,導(dǎo)致倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性嚴(yán)重劣化。2.研究不同導(dǎo)電劑對LCO正極材料的性能影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)石墨烯含量較多時(shí)沒有出現(xiàn)在NCA正極材料體系中發(fā)生的阻礙鋰離子運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)象。這是因?yàn)槭┢瑢ξ⒚准壍腖CO粒子只是半包覆,為鋰離子進(jìn)出活性物質(zhì)預(yù)留了擴(kuò)散通道。當(dāng)使用0.5G-1CNTs-0.5SP三元復(fù)合導(dǎo)電劑時(shí),電化學(xué)性能最優(yōu),在電流密度為10 C(1 C=140 mA·g~(-1))時(shí)的比容量(118.2 mA h·g~(-1))是0.2 C時(shí)的78.0%;1 C下循環(huán)100次的容量保持率為92.3%。3.將NCA與LCO按一定質(zhì)量比機(jī)械球磨混合,以0.5G-1CNTs-0.5SP為導(dǎo)電添加劑,并測試其電化學(xué)性能。結(jié)果表明,在NCA正極材料中加入一定量的LCO有助于提高電池的工作電壓并減小內(nèi)阻。當(dāng)LCO:NCA=5:5時(shí),在10 C(1 C=140 mA·g~(-1))電流密度下的比容量(140 mA h·g~(-1))是0.2 C時(shí)的77.5%;1 C循環(huán)100次容量保持率為89.7%。混合正極材料與純NCA相比表現(xiàn)出更優(yōu)的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性,與純LCO相比有更高的比容量,表現(xiàn)出潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：廈門理工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U469.72
【圖文】：

鋰離子電池工作原理示意圖

圖 1-2 廈門三圈電池有限公司的模型動(dòng)力車及所用的鈷酸鋰動(dòng)力電池1.3 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正極材料鎳鈷鋁酸鋰三元正極材料目前研究較為成熟的組分為 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(簡稱為

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