富锂锰基锂正极材料和动力电池的性能研究

以全浓度梯度核壳(Full Concentration Gradient Core-Shell,简称FCGC-S)富锂锰基材料为正极材料,以中间相碳微球为负极材料,采用叠片工艺制备了高电压17Ah的富锂锰基锂离子电池。从材料合成工艺、性能优化和电池设计及集成关键技术几方面,评价电池的充放电倍率性能、高低温性能、循环寿命性能等。通过优异的全浓度梯度核壳富锂锰基材料正极材料、容量匹配和负极匹配技术、电解液和添加剂的兼容性优化等集成,制作了高电压富锂锰锂离子电池。实验结果表明,电池样品的能量密度处于220Wh/kg;室温1C倍率放电容量为额定容量的97.90%,10s放电的比功率为240W/kg;低温(-20℃)1C放电容量为额定容量的90.09%;高温(55℃)1C放电容量为额定容量的93%;在室温下储存28天,荷电保持能力为97.12%,恢复容量为额定容量的97.79%;在高温(55℃)下储存7天,然后在室温下以1C电流放电荷电容量为额定容量的95.53%,恢复容量为额定容量的95.72%;标准寿命循环500次时放电容量为额定容量的95.09%。安全性能测试符合GB/T 31485-2015标准要求。     

富锂锰基正极材料性能改性的研究进展

富锂锰基正极材料x Li_2MnO_3·(1-x)LiMO)2(M=Ni,Co或Mn)具有高比容量、低成本等优点,是下一代高比能锂离子电池正极材料有力竞争者。然而该材料也存在首次不可逆容量大,大功率下循环性能差等缺点。从富锂锰基正极材料的首次充放电容量、循环性能、倍率性能、阻抗分析等方面,重点讨论了包覆、掺杂、混合等改性方法对x Li_2MnO_3·(1-x)LiMO_2的电化学性能影响,指出了富锂锰基正极材料当前存在争议的问题,并展望了今后的改性研究工作。     

碳负极面密度均匀性对锂离子电池性能的影响

研究了碳负极纵向面密度均匀性对电池首次充放电效率、倍率放电性能和循环性能的影响。实验结果表明:负极纵向面密度差从1.52mg·cm-2降低到0.12mg·cm-2时,电池的首次充放电效率由81.9%增加到88.9%。以纵向面密度差分别为1.31mg·cm-2和0.35mg·cm-2的负极所制备的电池,其2C放电容量分别为0.2C放电容量的93.1%和96.5%,经157次1C充放电循环后,放电容量分别为初始容量的80.6%和88.9%。在负极制备中监测电极的面密度的变化,可提高电池的综合性能。     

电动汽车用富锂锰基动力锂离子电池

以富锂锰基材料、人造石墨分别为正、负极活性材料,通过优化化成流程、充放电截止电压、负极/正极容量比(N/P)和电解液添加剂等参数,研制电动汽车用动力锂离子电池。N/P为1.37,采用氟代碳酸乙烯酯体系电解液,分别添加1%的正、负极成膜添加剂和HF酸捕捉添加剂,通过4.6 V高压活化,以0.5 C在2.00~4.35 V充放电,富锂锰基材料电池的放电比容量为179.8 mAh/g,首次循环的库仑效率为87%,比能量为187 Wh/kg,室温循环800次的容量保持率为80%。     

移动通信设备氢镍电池的制备及性能研究

采用烧结镍为正极,添加氧化亚钴和羰基镍粉的储氢材料为负极,聚乙烯(PE)/聚丙烯(PP)的复合物为隔膜,制备得到通信设备用富液式QNG90方形氢镍电池,对所得电池充放电时的温度变化及电化学性能进行测试,并与贫液式QNF90方形氢镍电池进行比较。当富液式电池以0.2 C充电6 h,温升为5.0℃;以1.0 C放电,温升为9.5℃。20℃下对电池进行倍率放电与低温放电测试结果表明,当富液式电池以10.0 C放电至0.8 V的放电容量为室温0.2 C放电容量的73.4%,-40℃下以0.2 C放电时容量为常温0.2 C放电容量的75.2%,50℃下满容量电池以1.436 V恒压浮充50 h,未出现热失控和电流失控,0.2 C充放电的循环次数超过1 100次。     

富锂锰基正极材料动力锂离子电池的倍率性能

以富锂锰基材料为正极材料,人造石墨为负极材料,用叠片工艺制备额定容量为5 Ah的5580135型软包装动力锂离子电池,研究正极面密度、导电剂含量、负极/正极容量比及电解液对倍率放电性能的影响。当正极面密度为240 g/m2、正极导电剂含量为4%、负极/正极容量比为1.1并以1 mol/L Li PF6/EC+PC+EMC+DMC为电解液时,电池的倍率性能最好。25℃时以1.00 C充电、5.00 C放电循环1 000次,容量保持率为99.5%。     

超声波包覆改善富锂锰正极材料低温性能

采用超声波在富锂锰正极材料表面包覆MnO_2。用X射线衍射和扫描电镜对样品进行了表征,并设计软包电池测试材料的电化学性能。研究表明:超声波包覆MnO_2的富锂锰正极材料能提高材料首次放电效率,达96.4%。此外,低温-20和-40℃的放电效率分别为66.9%和6.7%,低温-20和-40℃的恢复率为103.5%和102.2%。     

动力方形镍氢电池的制备与性能

采用聚丙烯(PP)/聚乙烯(PE)复合隔膜、烧结镍正极及添加羰基镍粉和氧化亚钴的储氢负极,制得富液式QNG90方形镍氢电池,测试电池的电化学行为与充放电过程中的温升,并与贫液式QNF90方形镍氢电池对比。富液式电池以0.2 C充电6 h的温升为4.9℃,1.0 C放电温升为9.5℃。20℃下倍率放电与低温放电测试结果表明:富液式电池以10.0 C放电至0.8 V的放电容量为室温0.2 C放电容量的74.6%,-40℃下0.2 C放电容量为常温放电容量的74.1%,50℃下满容量电池以1.425 V恒压浮充50 h,未出现热失控和电流失控,0.2 C充放电的循环次数超过1 000次。     

锂离子动力电池性能研究

介绍了额定容量为10Ah的锂离子动力电池的制备方法,评价了电池的充放电性能、过充电性能及电池一致性等。实验表明,电池的能量密度超过165Wh/kg;0.5C倍率充放电循环500次后电池容量仍为初始容量的90%;-10℃及-20℃时电池放电容量分别为初始容量的75%及70%;电池的过充电性能需进一步改进,过充电压只能达到5.0V;0.1C、0.2C、0.5C和0.8C倍率放电,工作电压平台均超过3.6V,电压差小于0.08V;电池表现出良好的一致性,达到锂离子动力电池的性能指标。     

锂离子电池电解液的研究

对使用不同电解液的电池的初始充放电效率、内阻、循环性能、电压平台、低温性能等进行了测试分析.实验表明:电解液[1 mol/L LiP6/EC DMC EMC(体积比1:1:1) 添加剂(国产)]表现出优异的循环性能,第300次循环时,容量保持率达到90%,3.6 V电压平台率为77.1%;韩国生产的电解液表现出优异的低温性能,在-20℃下的1 C放电容量是常温1 C放电容量的77%,在-30℃下的0.5 C放电容量是常温0.5 C容量的63%.     

锂离子电池富锂锰基正极材料的研究进展

富锂锰基正极材料Li2MnO3·LiMO2具有高达300mAh/g的理论容量,并且电压能够达到4.5V,从而具有最高的能量密度,被广泛认为是具有潜力的下一代锂离子正极材料,但是该材料的循环性能以及倍率性能尚不能达到应用要求。本文从机理、合成方法以及材料改性方面综述了富锂锰基正极材料的现状,并且提出了下一步的研究方向。     

用预循环方法控制富锂锰Li_(1.13)Mn_(0.54)Ni_(0.27)Al_(0.06)O_2的不可逆容量

研究了不同预循环电压对富锂锰正极材料Li_(1.13)Mn_(0.54)Ni_(0.27)Al_(0.06)O_2电化学性能的影响,重点考察了不可逆容量。电化学测试数据表明:采用上截止电压为4.4~4.6 V进行预循环可使初始不可逆容量降低一半;采用阶梯电压预循环制度可有效提高材料电化学性能,初始不可逆比容量从252 mAh/g降低至98 mAh/g,容量保持率达到94.4%,且在10 C倍率下放电比容量依然保持在81 mAh/g;富锂锰正极材料的初始不可逆容量主要来自三个方面:SEI膜的形成、Li_2MnO_3的活化和电解液分解。     

不同正极活性物质的钛酸锂负极锂离子电池

采用4种正极活性物质,设计32650型4.0 Ah钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))负极锂离子电池,评估充放电倍率性能、放电温升、低温放电性能、循环性能和安全性能。尖晶石镍锰酸锂(Li Ni0.5Mn1.5O4)正极电池的电压平台高(3.15 V),-20℃下的1 C放电(3.3~2.0 V)容量是常温时的83.16%,比能量为74.57 Wh/kg;磷酸铁锂(LiFePO_4)正极电池的电压平稳(1.70 V),适用于对电压要求严格的领域。三元材料正极电池中,镍钴锰酸锂(LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2)正极电池的各项性能较优,3 C循环3 486次的容量保持率为102.58%,可用于快充领域;镍钴铝酸锂(LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2)正极电池更适合于储能领域。     

KOH浓度对密封锌镍电池性能的影响

考察了电解液中的KOH浓度对AA型密封锌镍电池充放电电压、充放电内阻、放电容量及循环寿命的影响.结果表明,当电解液中的KOH浓度较高时,电池的充电电压较低,内阻较小,放电容量较高.KOH浓度越高,电池的循环寿命越长.当KOH浓度为7.5 mol/L时,电池的循环寿命为120次(放电容量为设计容量的60%).     

碱性锌锰电池在军事装备中的应用及存在问题

碱性锌锰电池容量高、重负荷和连续放电性能好,高电压放电时间长、贮存性能优异和无需维护,是战术电台、野战电话、终端设备等军事装备首选的便携电源,也是部队大量使用的贮备电源之一。部分国产碱性锌锰电池的密封性能、容量均匀性和安全性能与国外先进水平仍有差距,达不到军事装备的使用要求,待进一步提高质量水平;可充碱性锌锰电池的关键技术要有突破,才能适应军队的需要。     

MnO_2掺杂对锂/氟化碳电池性能的影响

通过球磨法制备了二氧化锰(MnO_2)掺杂的氟化石墨(CF_x)复合材料;以复合材料为正极、锂带为负极,制备了1 Ah方形软包装锂/氟化碳(Li/CF_x)电池。探讨掺杂比例对Li/CF_x电池电化学性能的影响。与纯CF_x相比,掺杂30%MnO_2的电池以0.1 C倍率放电,低波电压和平台电压分别为2.360 V、2.463 V;以0.5 C、1.0 C倍率放电,低波电压分别提高约0.4 V、0.5 V。掺杂MnO_2可改善Li/CF_x电池的电压滞后现象,并提高放电平台电压。     

软碳负极材料锂电池在储能电站应用研究

为了分析软碳负极材料锂电池用作储能电池的优势,首先利用电化学工作站对单体电池基本动态性能进行实验测试,然后利用集装箱储能系统对储能电站工作特性进行实验测试。实验结果表明,单体电池在3C放电时,放电电压可以保持2.5 V以上,3C放电容量为37 611 mA·h,放电比率可以达到77.17%。电池充放电内阻相对较小,电池具有较高的充放电效率。储能电站电池模组在充放电过程中簇电压曲面平滑升降,电池的充入容量均值为50.45 A·h,标准差为0.75,放出的容量均值为49.60 A·h,标准差为0.82,各单体间温差较小,充放电温度变化一致性良好。因此,软碳负极材料锂电池单体具有优异的充放电性能,同时该电池串并联使用时一致性良好,满足作为储能电池的设计要求。     

添加剂BC-1对MH-Ni蓄电池性能的影响

用BC-1作为MH-Ni蓄电池的负极添加剂,研究了它对MH-Ni蓄电池充放电性能、内压、循环性能的影响.采用合理的添加方式,可以保证在电池容量不受影响的前提下,MH-Ni蓄电池耐过充能力明显增强,5 C放电时,中值电压升高50 mV;循环性能明显提高,1 C倍率充放循环156次,其容量保持在76%以上;过充电时电池内压显著降低.     

三元LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2铝壳锂离子动力电池的性能研究

选用三元材料LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2为正极材料,中间相炭微球为负极材料,制备了额定容量为10 Ah的铝壳锂离子动力电池,并对电池的电性能和安全性能进行了相关测试。电性能包括充放电性能、倍率性能、循环性能和自放电,实验结果表明,电池表现出了良好的倍率性能,1 C、2 C的放电容量分别为0.5 C放电容量的97.49%、93.70%;在2.7~4.2V电压范围内,电池1 C循环400次后容量保持率为101.77%;电池满电常温搁置28天后容量保持率为97.06%。针刺、短路、过充电和自有跌落测试结果表明电池具有良好的安全性能。     

正极材料单质硫在LiCF3SO3/DOL+DME电解液中的放电性能

研究了单质硫在1 mol/L LiCF3SO3/DOL DME电解液中的倍率放电性能.结果表明:单质硫的首次放电容量随着放电倍率增大呈现先增后减的趋势.单质硫具有良好的充放电性能,在0.6 mA/cm2的充放电电流密度下,首次放电比容量为972 mAh/g,第50次循环的放电比容量达到605 mAh/g.单质硫的低电压平台能够提供约70%的放电总容量,但低电压平台容量衰减速率较快,平均容量衰减率为0.8%.循环伏安实验的结果表明:在1 mo]/L LiCF3SO3/DOL DME电解液中,单质硫的还原反应为浓差扩散过程,在峰电位1.90 V低电位处的第2还原反应产生固相硫化锂,引起电极钝化现象.