锂离子电池高温储存后的安全性能

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锂离子电池高温储存后的安全性能

作者：李佳， 何亮明， 杜翀， LI Jia， HE Liang-ming， DU Chong

作者单位：李佳,LI Jia(中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海,200050)， 何亮明,杜翀,HE Liang-ming,DU Chong(中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海200050;中国科学院嘉

兴无线传感网工程中心,浙江嘉兴300381)

刊名：

电池

英文刊名：BATTERY BIMONTHLY

年，卷(期)：2010，40(3)

被引用次数：0次

1.Bamasamy R P.Lee J W.Popov B N Simulation of capacity loss in carbon electrode for lithium-ion cells during storage 2007(1)

2.Aurbach D.Markovsky B.Salitra G Review on electrodeelectrolyte solution interactions.related to cathode materials for Liion batteries 2007(2)

3.苗冬梅.程新群.孙长亮.王常波过充对电动自行车用锂离子电池安全性能的影响 2009(2)

4.Imachi N.Takano Y.Fujimoto H Layered cathode for improving safety of Li-ion batteries 2007(5)

1.学位论文杨占旭高安全性锂离子电池正极材料的制备及性能研究2009

锂离子电池具有工作电压高、无记忆效应、环境友好等优点，已经成为21世纪绿色电池的首选。锂离子电池的关键材料之一是正极材料，目前商品化锂离子电池的正极材料主要是LiCoO2，但存在成本高、实际比容量偏低、抗过充电性能差、安全性能不佳等问题，严重阻碍了锂离子电池的进一步发展，限制了它在更广领域的应用，迫切需要研究者开发出成本低、性能优良、安全性高的锂离子电池正极材料以满足电动汽车等新兴行业的需求。本论文以提高锂离子电池安全性能为目标，分别采用离子掺杂和表面包覆的方法提高层状LiCoO2、LiCoO2和尖晶石LiMn2O4正极材料的抗过充电性能、热稳定性以及高温循环性能等。具体研究内容如下：

1、在水热条件下，采用离子交换-焙烧均质法制备了层状层状LiCoO2和层柱Li1-2xCaxCoO2，合成产物具有α-NaFeO2结构。系统研究了Ca2+柱撑量、热处理温度对材料结构、形貌及电化学性能的影响。当Ca/Co物质的量比为0．027且经过800℃焙烧处理后的层柱Li0．946Ca0．027CoO2仍能保持α-NaFeO2结构，该材料在高充电截止电压4．5和4．7 V时，其首次放电比容量分别为177．9和215．8 mAh·g-1，与LiCoO2相比，该材料抗过充电性能和锂离子扩散系数均得到明显提高，这主要由于Ca2+在LiCoO2层间起到柱撑作用，抑制了锂离子嵌入与脱出时层板的坍塌，并且为锂离子嵌入与脱出提供了更大的空间。

2、以MnSiO4作为一种新型包覆材料，采用溶胶-凝胶法制备了MnSiO4包覆LiCoO2正极材料。系统研究了MnSiO4包覆量对LiCoO2的结构、形貌、抗过充电性能以及材料热稳定性的影响。当MnSiO4包覆量相对于LiCoO2为3wt．%时，将该材料在2．75-4．5 V和2．75-4．7 V（vs． Li+/Li）的充放电电压范围内，其首次放电比容量分别为181．1和232．2 mAh·g-1，经过50周循环后其放电比容量分别为168．7和154．3 mAh·g-1，与LiCoO2相比，其抗过充电性能显著提高。并且，差示扫描量热（DSC）测试结果表明，这种材料的热稳定性较LiCoO2明显提高。

3、采用成核/晶化隔离方法制备了镍钴碱式碳酸盐前驱体，然后与锂盐混合焙烧制备了LiNi0．8Co0．2O2正极材料。由于该方法可以得到粒径分布均一的前驱体，这有利于前驱体与锂盐的均匀混合，从而得到粒径分布均一且层状结构规整的LiNi0．8Co0．2O2正极材料。另外，以NH4HCO3为沉淀剂避免了Na+、K+等阳离子的引入，且价格便宜，降低了合成成本。在最佳工艺条件下制备的LiNi0．8CO0．2O2正极材料，在2．75～4．5 V（vs．

Li+/Li）的充放电电压范围内，首次放电比容量为188．2 mAh·g-1，经过50周充放电循环后其放电比容量为158．7 mAh·g-1，表现出良好的电化学循环稳定性。

4、以乙醇为溶剂制备了Co3（PO4）2包覆LiNi0．93Co0．07O2正极材料，克服了以水为溶剂锂离子从镍基正极材料中的溶出问题，研究比较了不同溶剂对LiNi0．93Co0．07O2的结构、组成、形貌、电化学性能以及热稳定性的影响。Co3（PO4）2包覆LiNi0．93Co0．07O2正极材料可以明显改善镍基材料在制备浆料过程中吸水结胶问题，从而提高了该材料的机械加工性能。该材料的首次放电比容量比LiNi0．93Co0．07O2高，并且电化学循环稳定性、高温储存性能、抗过充电性能和热稳定性均较LiNi0．93Co0．07O2有了明显提高。

5、以复合金属氧化物作为一种新型包覆材料，采用CoAl-LDH为包覆材料前驱体制备了钴铝复合金属氧化物（CoAl-MMO）包覆尖晶石LiMn2O4。该前驱体可以使金属阳离子均匀分布，从而获得金属离子分布均一的复合金属氧化物包覆层。系统研究了热处理温度以及CoAl-MMO包覆量对尖晶石LiMn2O4结构、形貌和电化学性能的影响，并且对CoAl-MMO包覆尖晶石LiMn2O4正极材料电化学性能提高的机理进行了研究。当Co和Al分别占尖晶石LiMn2O4的质量分数为3wt．%和0．5 wt．%且经过400℃焙烧处理后CoAl-MMO包覆尖晶石LiMn2O4分别在25℃和55℃下进行充放电测试，首次放电比容量分别为105．3和104．5mAh·g-1，经过50周循环后其放电比容量分别为100和92．2 mAh·g-1，表现出良好的循环稳定性。循环稳定性提高的主要原因是尖晶石

LiMn2O4表面存在一层CoAl-MMO包覆层，它屏蔽了电极材料与电解液之间的接触，减少了锰的溶解，起到了保护电极材料的作用。此外，为了进一步降低合成成本，本论文还制备了锌铝复合金属氧化物（ZnAl-MMO）包覆尖晶石LiMn2O4，该材料也表现出良好的高温循环稳定性。

本文链接：/Periodical_dc201003013.aspx

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