(完整版)锂离子电池研究材料

1、采用铝合金壳体的方型锂离子电池的开发
人们已经开发出采用铝合金壳体的手机用轻型方型锂离子电池,不同种类的铝合金已经从电化学稳定性、机械强度、激光焊接能力和壳体制作难易程度几个方面得到了考察。本文认为一种含Mn量为1。1wt%的铝合金是制造壳体的锂离子电池,其能量密度相对于普通钢壳提高了约30%。
电池外壳对电池内部各组成成分起到了重要的包封作用,同时也对电池内部各部件之间保持良好接触、维持电池内部压力起到了重要的包封作用,因此电池壳体的强度是电池性能的重要因素。Al—Mn合金是壳体制作的最佳材料。铝的热膨胀率约是钢的2倍(Al:2。39*10-5,Fe:1.15*10—5/度)。纯铝和Al—Mn合金的激光焊接密封效果好,而Al-Mn—Mg和Al—Mg—Si的密封性不好。
2、非水溶液可充锂电池过充电保护用的能聚合的芳香族添加剂
USP5879834
非水溶液可充锂电池,电解液中添加少量的芳香族添加剂,在过充电滥用条件下能提供保护作
用.添加剂在异常高的电压下,发生电化学聚合作用,增加了电池内阻从而对电池进行保护。芳香族添加剂如联苯、3-氯噻吩以及呋喃,尤其适用于某些锂离子电池。在过热滥用条件下,这些添加剂未必并可能不优先发生聚合反应。
联苯:约占电解液和添加剂混合液总重量的2.5%;3R噻吩,R指卤素,在Br、Cl、I中选择,占混合液的2~4%;呋喃:约占体积的1%。
在实际电池条件下,某种化合物,如果其在电池电压超过电池正常充电电压上限但低于电池过充电出现危险时的电压(如起火)发生聚合反应,它才能成为适用的材料.添加剂在阴极上发生聚合,将在阴极上形成高分子膜,增加了电池内阻,并且可能阻塞隔膜.
表中列出了几种聚合物的聚合电位,但注意这些聚合电势在一定程度上依赖于电化学体系中的电极和电解液.
芳香族化合物
聚合电位
噻吩
5.34
3溴噻吩
5。401
3氯噻吩
5.461
3氟噻吩
5。581
1,2二甲氧基苯
5.937
1-甲基-3-(吡咯基-1-甲基)
4。411
3、碳粉粒度对锂离子电池放电容量的影响
为了提高锂离子电池负极的性能,进行了一项有关碳粉粒度对放电容量的影响的研究,发现了大粒径(平均25.8微米)与小粒径(平均4.2微米)碳粉之间的最佳混合比例.当大粒径碳粉比例大约为70%时可得到最大放电容量.粒径比越小,放电容量越大。这里粒径比是指较小粒径碳粉平均粒径与较大粒径碳粉平均值之间的比.结果表明,放电容量与碳粉的颗粒度密切相关,受重量混合比及粒径比控制。
压的最实的碳粉极片放出的容量最大。
4、超晶格型锂多元过渡金属复合氧化物LiNixCo1—2xMnxO2(x=1/3,1/2)的制备与性能研究,侯桃丽,肖立新,郭炳坤,《中国电源博览》2004,4,37-38
采用固相反应法合成了超晶格型锂多元过渡金属复合氧化物LiNixCo1-2xMnxO2(x=1/3,1/2),并对它们的结构和电化学性能进行了测试,x=1/3的化合物LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2首次充电容量将近190mAh/g,可逆容量约为140~150mAh/g.x=1/2的化合物首次充电容量为165mAh/g,可逆容量约为110~120mAh/g。测试结果表明,二者的首次充放电容量均大于当前商品化的LiCoO2的最佳实际容量(140mAh/g)。
5、机械合金法制备Li4-xMgxTi5O12尖晶石负极材料的研究
付冰,金基明,周红霞等,《中国电源博览》2004,4,39-41
用机械合金法促进高温固相反应进行了Li4-xMgxTi5O12的合成,研究机械化学作用时间对锂钛复合氧化物合成温度及锂掺杂浓度锂钛复合氧化物电子电导率及电化学性能的影响。结果表明机械合金法有利于锂钛复合氧化物合成反应温度的降低。Mg搀杂浓度0。25时其电子电导率得到了极大的提高,且电化学性能好。可以作为锂离子电池负极材料。
6、P2O5在非水溶液可充锂电池中的应用
USP5789105
本发明介绍非水溶液可充锂电池通过电解液与P2O5接触可减少其容量随循环的损失。P2O5可以加入电极中或加入与电解液接触的其他部位,或者在电池组装前加入电解液中。本发明特别适用于锂离子电池.
添加在电极中,可以占电极重量的0~1%。在电解液中的加入良也可控制在阴极重量的0~1%左右。在电解液中也可加入控制在每100ml电解液加0~2g的范围.
阴极中P2O5百分含量与容降速率对照
阴极中P2O5质量百分比
容降速率(每100次循环损失百分数)
0
5.5,6.9
0.2
3.5
0.4
3.2,2.9
1.0
2.7,2.6
7、锂离子电池新型负极材料研究
苏玉长,禹平,邹启凡等,《电池工业》,8(1)3-6
介绍了锂离子新型负极材料Sn—Ni合金的研究,报道了采用不同的电镀液和不同的电沉积工艺制备的Sn-Ni合金,分析和测试结果表明,采用电沉积法制备的Sn—Ni合金可与Li发生可逆反应,氧化峰出现的电压低,可用作锂离子电池负极材料,用氟化物镀液及在低电流密度下制得的Sn-Ni合金电化学性能较好。但用Sn-Ni合金作为锂离子负极材料其循环性能仍有待于进一步提高。
8、锂离子电池政纪材料Li1。2V3O8的合成及性能研究
王高军,苏光耀,高德淑,《电池工业》,11(2)100-103
以LiCO3和NH4VO3为原料,采用柠檬酸溶胶—凝胶法合成了Li1。2V3O8。通过对前驱体的热分析,选定了低温合成Li1.2V3O8的适宜煅烧温度。用FTIR和XRD分析了产物的结构,测试了其电化学性能。实验结果表明,热处理温度对产物的电化学性能影响较大,放电容量随前驱体煅烧温度的上升而下降,但模拟电池的循环性能却随煅烧温度的上升而好转。
9、砜类添加剂在锂离子电池电解液中的应用
左晓希,李伟善,刘建生等,《电池工业》,11(2)97—99
介绍了三中砜类物质作为锂离子电池电解液中的功能添加剂,自组装三电极体系和商品电池,对电极体系进行了循环伏安分析,对商品电池性能进行循环性能测试和高低温性能测试,结果表明,3种砜类添加剂与锂离子电池正负极都有较好的相容性,在电解液中加入这三种砜类添加剂均能明显提高电池的循环性能和高低温性能。
10、粒度对石墨材料电化学性能的影响
苏玉长,刘建永,禹平,邹启凡等,《电池工业》,8(3)105—109
采用沉降法分离高纯度的微粉石墨,得到不同粒度分布的石墨负极材料。采用微电极循环伏安法和恒电流充放电法比较研究了不同粒度石墨样品的电化学性能,结果发现,小颗粒石墨材料的可逆容量和不可逆容量都大于大粒度石墨,大粒度的石墨电极的电化学性能偏差。
石墨颗粒 静止流体中的沉降过程分析:对于粒径为d的石墨颗粒,在重力场中受到3个力,向下的重力Fg、流体的浮力Fb以及与颗粒沉降方向相反的流体阻力Fd.在3个力作用下颗粒发生沉降。初始速度为0,故有短暂的加速阶段,随着速度加快,沉降加速度很快降为0,此时匀速降落,此速度称为Stocks速度.
Vt=(ρs—ρ)d g/18μ
ρs、ρ是石墨和液体的密度,μ为液体的黏度。
由于颗粒之间存在相互碰撞,所以,大颗粒先沉降,然后是小颗粒。即在最上面的只有最小的粒径。
石墨电极的首次不可逆比容量损失主要是由SEI膜的形成引起的。粒度越小,石墨电极的比表面积越大,首次放电过程形成SEI膜的不可逆容量损失就大。
循环伏安曲线重合的越好,表明材料的循环性能越好。
大电流充放电的特性与小电流相比发生了很大变化,石墨电极的循环伏安曲线都出现了电流峰位的宽化和不同凤位的合并,三个样品均有明显的电压滞后现象。原因有两种:(1)由较高的结合能引起的。锂离子嵌入到石墨中部分位置,例如缺陷位置,那里的碳原子与锂离子的作用比较强烈,因此需要较多的能量才能使锂离子从石墨结构中脱出,其脱出电压要高于嵌入电压;(2)由动力学因素引起.锂离子在石墨微晶中的扩散系数很小,约为10-10cm/s.采用高扫描速率充电时,每个电位下的时间很短,在一定电压下,仅石墨微晶边缘部分的锂离子可以脱出石墨,石墨微晶层面中间的锂离子来不及扩散到石墨微晶边缘,着部分锂离子要在较高的电压下才能脱出,从而表现为电压滞后。粒度越大,扩散路径越远,所需时间越长,电压滞后就越明显。
石墨颗粒度越小,可逆比容量越大,是因为(1)小颗粒的石墨,边缘侧面位置能够的比面积大,这正是锂离子嵌入和脱嵌的位置,通道多,容易快速嵌入和脱嵌。(2)锂离子在始末中的扩
散系数低,要实现完全嵌入,在大颗粒的始末中需要较长的时间,实际工作电极由不同粒度的石墨组成,在大颗粒仍旧可以嵌入锂离子的时候,大部分小颗粒已经达到完全嵌锂状态,所以达到了放电切断电压,这样部分大颗粒就表现出较低的放电容量。
大颗粒组成的石墨电极,颗粒之间的空隙较多,接触效果差。石墨电极在锂离子的嵌入过程中伴随着层面扩张变形和体积膨胀,脱出过程伴随着层面的收缩和体积减小,颗粒越大,变形就越大.
颗粒较大,首次嵌锂过程的动力学障碍很复杂,很难实现完全嵌入形成一阶GIC,仅有部分石墨层面发生了扩张变形。在第二次充放电过程中锂离子可以容易地嵌入石墨基体中,从而接近理论比容量,那么其第二次的可逆比容量就会大于首次可逆比容量。
11、过放电对MCMB-LiCoO2电池性能的影响
余仲宝,胡俊伟,初旭光等,《电池工业》,11(4)223-226
通过对MCMB为负极、LiCoO2为正极,金属锂为参比电极的三电极体系的性能测试及正负极对锂参比电极的电位测试,并结合XRD和SEM实验,研究了过放电对MCMB-LiCoO2锂离
子电池的性能影响。结果表明,当电池过放到0V时,负极MCMB表面上的SEI膜被损坏,集流体铜箔的腐蚀溶解较严重,再次形成的SEI膜的性能可能较差,这使负极阻抗增大,极化增强,相应的使电池在过放电后的循环过程中的放电容量、放电电压和充放电效率大为降低。但过放电对MCMB的结构和正极性能没有影响。
12、LiNi0。8Co0。2O2的合成和电化学性能研究
肖劲,赵浩,胡国荣等,《电池工业》,11(4)232-235
在氧气气氛下,以乙酸为原料,以柠檬酸为螯合剂,用溶胶—凝胶法制备出了锂离子电池正极材料LiNi0。8Co0。2O2。研究了不同合成温度和Li/(Ni+Co)配比对材料的结构和电化学性能的影响。XRD检测结果表明,合成温度为750度、合成时间为18h、Li/(Ni+Co)=1。10的正极材料LiNi0。8Co0。2O2有完整的晶型结构,该材料在0.5C下,首次充放电容量分别为230和192。6mAh/g,首次充放电效率为83。73%,经过50次循环仍有170。5mAh/g,容量保持率为90。87%。

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