导电剂分布状态对锂离子电池性能的影响

通过添加表面活性剂KD-1,制备了均匀分布有Super-P炭黑/气相生长碳纤维(VGCF-H)复合导电剂的电极。导电剂的均匀分布可提高锂离子电池的循环性能和倍率性能。正极活性物质为尖晶石LiMn2O4的电池,以1.0C在3.30～4.35 V循环100次的容量保持率为94.5%;以0.2C充电、不同电流放电循环,第4次循环的2.0C放电比容量为0.2C时的70.3%。     

石墨烯/碳纳米管复合导电剂对LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2的影响

研究球磨分散法制备的石墨烯和碳纳米管(CNT)(2∶3)复合导电剂对三元正极材料LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2性能的影响。SEM分析表明:复合导电剂均匀地分散在LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2表面,形成良好的"点-线-面"三维立体导电网络结构。电化学阻抗测试表明:复合导电剂可降低电池的内阻。充放电测试显示:在1%的低添加量下,使用复合导电剂的电池的首次放电(2.58~4.25 V,0.1 C)比容量比单独使用CNT的高7 mAh/g,比单独使用炭黑的高19 mAh/g;以10.0 C放电的比容量可达128 mAh/g,比单独使用CNT和炭黑的分别提高24 mAh/g和58 mAh/g。     

碳纳米管导电剂在三元锂离子电池中的研究

通过扣式电池平台,研究了NCM111体系下不同导电剂种类(炭黑SP/Ks-6、碳纳米管CNT、碳纳米管与石墨烯CNT/Gra=2/1、纯石墨烯Gra)、CNT管径(5、10、40、100 nm)及含量(1.0%、2.0%、5.0%)对电化学性能的影响。结果表明,低导电剂含量(2.0%)时,CNT具有最优电化学性能,1 C放电比容量165.8 m Ah/g,且50周循环后容量保持率达到82.9%;低管径(5 nm)的CNT具有更好的倍率性能,能分散均匀形成良好的导电网络,且3 C倍率下容量保持率为85.6%。     

复合导电剂对锂离子电池性能的影响

将石墨烯(rGO)、导电石墨(SP)和碳纳米管(CNT)复合，制得rGO/SP、CNT/rGO和CNT/SP复合导电剂，用来改善锂离子电池正极的导电性能。采用XRD、SEM、电化学阻抗谱及恒流放电等测试，分析导电剂的形貌及电池的性能。导电剂种类对于电池电化学性能的影响较大。添加CNT/rGO制备的正极粉末电导率最高，可达到2.305 S/cm，与混合正极材料[m(LiNi_(0.80)Co_(0.15)Al_(0.15)O_2)∶m(LiMn_2O_4)=7∶3]相比，提高了27倍。采用CNT/rGO复合导电剂制备的18650型混合正极材料锂离子电池，单体电池内阻最小(13.5 mΩ)、化成容量最高(1 856.1 m Ah)。在4.2～2.5 V充放电，以10.00 C高倍率放电时，平台电压最高(3.2 V)、放电容量最高(1 764.5 m Ah);以1.00 C倍率循环600次，rGO/SP、CNT/SP和CNT/rGO复合导电剂制备的电池容量保持率分别为93.70%、94.36%和95.13%。     

碳纳米管及导电炭黑Super-P对LiFePO_4电化学性能的影响

分别用碳纳米管(CNT)及导电炭黑Super-P(SP)作为磷酸铁锂(LiFePO_4)正极材料极片制备过程中的导电剂,对导电性能、电化学性能等进行分析。添加CNT的材料,电阻率低于添加SP的材料,且电化学性能改善明显,其中0.2 C、0.5 C和1.0 C放电(3.8~2.0 V)比容量较添加SP的材料提高约7 mAh/g。这主要是由于CNT为管束状结构,容易在LiFePO_4表面形成导电网络,提高充放电过程中的Li+嵌脱能力,且表面缺陷较SP多,增加了储锂位。     

导电剂对锂离子电池正极性能的影响

将科琴黑(KB)、碳纳米管(CNT)、导电石墨KS-6等3种导电剂分别与导电炭黑SP混合,组成锂离子电池用双组分导电剂。以KB+SP、CNT+SP和KS-6+SP为导电剂的电池以1.0 C在3.0~4.2 V循环400次,容量保持率分别为94.15%、93.07%和92.30%;以KB+SP作为导电剂的电池,内阻最低(28.2 mΩ),化成容量最高(1 756.8 m Ah),-40℃低温下以0.5 C放电到2.5 V时,输出容量为1.31 Ah,达到常温容量的80%以上;以5.0 C高倍率放电(3.0~4.2 V)时,电压平台最高(3.32 V),输出容量最大(1 458.3 m Ah)。     

碳纳米管对复合型锂离子动力电池性能的影响

采用LiFePO_4、LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2和LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4作为复合正极材料,考察了添加碳纳米管作导电剂对电池性能的影响。研究结果表明:以LiFePO_4、LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2和LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4作为复合正极材料所制作的电池具有较好的安全性能,在正极片中添加碳纳米管作导电剂后可以提高电池的放电比容量,改善电池的低温性能和倍率充放电性能。添加碳纳米管作导电剂后的电池具有极佳的循环稳定性,3 C循环500周容量保持率为95.34%,循环1 000周容量保持率为90.09%。     

包覆-掺杂改性单晶材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2

镍钴锰三元材料在高电压下的循环稳定性有待提高。采用高温固相法制备Zr、Ti共掺杂和Al₂O₃包覆的单晶正极材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂。用XRD、SEM和恒流充放电测试,分析材料的结构、形貌及电化学性能。材料的层状结构较好。扣式电池以0.20 C在3.00～4.40 V循环,放电比容量可达185.8 mAh/g;软包装电池以1.00 C在3.00～4.35 V循环1 500次,容量保持率为93.2%。     

LiFePO_4/CNT复合正极材料的性能

以柠檬酸为碳源和螯合剂,通过溶胶-凝胶法制备了LiFePO4/碳纳米管(CNT)复合正极材料.XRD和SEM分析表明,材料含有单一的LiFePO4相;CNT将颗粒连接起来,提供了附加的导电通路.以0.2 C、1.0 C和2.0 C充放电,向0.03 mol LiFePO4中加入0.05 g CNT的LiFePO4/CNT材料的比容量分别为135 mAh/g、110 mAh/g和80 mAh/g.     

Co-Ta共掺杂改善LiNiO2正极材料性能研究

采用高温固相烧结对LiNiO₂正极材料进行了Co与Ta掺杂改性,并对其进行元素含量、晶体结构、形貌、比容量、倍率性能、循环性能、差示扫描量热法(DSC)等测试。结果表明,Co可以改善材料倍率性能,Ta可以细化材料颗粒、提升循环性能。Co与Ta同时掺杂0.01%(摩尔分数)时,LNCTO-1放电(3 C/0.2 C)容量保持率为82.8%,循环(1 C/1 C)50次后,循环容量保持率为95.3%,热分解温度从189.3℃提升到了199.8℃,显示出了优良的综合性能。     

Li5FeO4的制备及其在硅碳负极电池体系中补锂性能的研究

以Fe₂O₃和Li₂O为原料,采用高温固相法制备了Li₅FeO₄材料,并将该材料用作补锂添加剂在三元-硅碳电池体系中进行了补锂性能测试。测试结果表明,合成的Li₅FeO₄首次脱锂比容量为667.6 mAh/g,可逆比容量仅为1.3 mAh/g,是一种理想的补锂材料。在NCM正极-硅碳负极(750 mAh/g)的全电池体系中分别添加质量分数分别为5%和10%的Li₅FeO₄时,正极材料的可逆比容量分别为164.8和170.2 mAh/g,相比之下正极中不添加补锂剂时正极可逆比容量仅为142.5 mAh/g。此外,Li₅FeO₄的加入还可以有效提升电池的循环性能,添加10%Li₅FeO₄的全电池在300次循环后电池的容量保持率为84.6%,较之未添加补锂剂的电池提升8.3%。     

添加剂PhIS对LiFePO4锂离子电池性能的影响

为提高石墨/磷酸铁锂(LiFePO₄)锂离子电池的性能，研究2-苯基-1H-咪唑-1-磺酸酯(PhIS)作为电解液添加剂对石墨/LiFePO₄软包装锂离子电池性能的影响。PhIS对LiFePO₄锂离子电池的高温存储、低温放电、不同温度循环及阻抗等均有改善效果。PhIS添加量为1.0%(质量分数)的电池以0.2 C充电、0.5 C放电，在-10℃低温下于2.00～3.65 V循环200次的容量保持率为88.1%;60℃高温存储60 d,直流阻抗(DCR)增长率与未添加PhIS的对照组相比降低13.0%。     

碳纳米管用于磷酸铁锂正极动力锂离子电池

分别以磷酸铁锂(LiFePO_4)和人造石墨为正、负极活性材料,碳纳米管(CNT)为正极导电剂,制备5.0 Ah 32650型动力锂离子电池。考察CNT添加量对电池性能的影响。CNT添加量为2%的电池,综合性能最佳:内阻为5.8 mΩ;常温下在2.00~3.65 V充放电,1.0 C放电比容量为129.04 mAh/g,5.0 C充电恒流比为86.87%、放电中值电压为3.023 V,3.0 C循环200次的平均容量保持率为94.39%;在60℃下老化10 d后,容量保持率为92.98%,容量恢复率为95.83%。     

复合三元电池高温循环性能研究

针对LiNi_(0.6)Co_(0.2)Mn_(0.2)O_2(NCM)和LiMn_(0.8)Fe_(0.2)PO_4(LMFP)复合三元电池,从电解液溶剂体系筛选、锂盐研究以及添加剂使用三个方面系统研究了电解液对电池高温性能的影响,通过新型锂盐、添加剂的使用,提升了电池55℃高温循环性能。结果显示:使用DEC代替DMC作为溶剂,降低EMC含量能够有效提升复合三元电池高温性能,高温55℃循环从150次提升至300次;使用1.0 mol/L LiPF_6+0.2 mol/L LiFSI,电池阻抗明显降低,电池高温循环进一步得到提升,55℃循环提升至500次;添加0.5%(质量分数)的LiODFB成膜添加剂时,能够改善负极成膜效果,55℃高温循环提升至700次,当加入过量LiODFB时,电池产生大量CO和CO_2,造成复合三元电池高温循环性能恶化。     

掺锑二氧化锡包覆改善LiNi0.82Co0.11Mn0.07O2正极材料性能研究

采用固相法在LiNi_0.82Co_0.11Mn_0.07O₂(高镍NCM)正极材料表面包覆了纳米掺锑二氧化锡(ATO),并对比了不同包覆比例对正极材料性能的影响。扫描电子显微镜(SEM)检测表明,ATO在高镍NCM正极材料表面均匀分布。相比未包覆的高镍NCM正极材料(P-NCM),经过包覆的高镍NCM(ATO-NCM)表现出了更好的倍率性能与循环性能,0.25%(质量分数)ATO-NCM常温时3 C的放电比容量可达178.76 mAh/g,而P-NCM的放电比容量仅为166.02 mAh/g,1 C 50次循环后,0.25%的ATO-NCM材料的循环容量保持率为95.6%,远高于P-NCM的91.2%。ATO包覆可将高镍NCM的热分解温度提升10℃以上,且放热量更低。     

导电剂形貌对富锂正极材料性能发挥的影响

研究了纳米颗粒状的Super P、气相生长的碳纤维(VGCF)、片状的KS6和石墨烯四种不同的导电剂对富锂正极材料Li_(1.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)O_2(LR-MNC)的电化学性能发挥的影响。研究结果表明,当导电剂的添加量为10%(质量分数),以Super或VGCF的导电剂在活性材料的表面形成了完整的导电通路,电极的表面电阻最小,从而有利于电子的传输,因此,正极活性物质表现出优异的倍率放电性能和循环性能。其中,以Super P为导电剂的电极性能最优,3 C放电比容量为164.4 mAh/g,1 C循环100周,容量保持率为82.3%。而以片状的KS6或石墨烯单独作为导电剂,在电极中没有形成完整的导电通路,不利于正极活性物质的大倍率放电性能的发挥。     

以PEG为模板剂和碳源制备Li4Ti5O12/C复合材料

采用聚乙二醇作为模板剂和碳源制备Li4Ti5O12/C复合材料。利用粉末X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等测试手段研究了模板剂的用量对材料结构和形貌的影响。不同PEG用量时,所制备的样品均为尖晶石型纯相结构,随着PEG用量的增加,材料颗粒粒径逐渐减小,形貌趋于类球形。在1.0～2.5 V的电压范围内测试了材料的恒流充放电性能及倍率循环性能,结果显示,模板剂的用量为8%时,制备的Li4Ti5O12/C复合材料具有最佳的电化学性能。0.2 C时充放电比容量分别是153.5 mAh/g和154.5 mAh/g,在5 C条件下循环40次,复合材料的容量保留率为95.2%。     

Ti^4＋和Zn^2＋离子复合掺杂对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2性能的影响

以Ni0.5Co0.2Mn0.3（OH）2和Li2CO3为原料,TiO2和ZnO为掺杂剂,制备出不同含量钛锌离子复合掺杂的锂离子电池正极材料LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。用XRD、SEM、恒电流充放电、交流阻抗法和循环伏安方法分别研究了不同掺杂量对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的结构、形貌和其电化学性能的影响。结果表明3%（摩尔分数）的Ti、Zn离子复合掺杂能有效提高LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的倍率放电能力和循环性能。在1C和2C的充放电倍率下,首次放电容量分别为170.4mAh/g和164.8mAh/g,经过50次充放电循环后容量保持率分别为96.3%和94.7%,具有优良的电化学性能。     

聚酰亚胺/导电炭黑抗静电复合薄膜的性能研究

采用原位聚合法制备了聚酰亚胺/导电炭黑(PI/ECB)抗静电复合薄膜,并探讨了复合薄膜的结构、微观形貌以及导电炭黑用量对其表面电阻率、热性能和力学性能的影响。结果表明:复合薄膜亚胺化完全,热性能得到提高;炭黑的质量分数为4%时,复合薄膜表面电阻率的数量级为108,达到抗静电的最佳要求。     

固含量对三元材料锂浆料电池性能的影响

半固态锂浆料电池是能够提供更低成本、有潜力的能源储存技术，使风能和太阳能等可再生能源技术克服其固有的间歇性，提高电网的效率。以单晶结构的Li Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂为活性物质，科琴黑为导电剂，电解液为分散剂，系统研究了活性物质含量在10%～50%范围内浆料的电导率分布、沉降速率、电化学阻抗、浆料组成形貌及所组装的扣式电池的首次充放电效率、比容量、循环稳定性。结果表明：随着活性物质含量的增加，浆料的电导率和沉降速率均呈逐步下降趋势；质量分数为50%的浆料具有最大的初始R_ct(855.71Ω)，其他浆料的初始R_ct在106.06～151.85Ω；三元活性物质为粒径约5μm、形状规则的单晶一次颗粒；质量分数为30%的浆料活性物质周围被科琴黑均匀包围，没有较多的科琴黑的团聚和堆叠；30%的浆料在0.1 C的放电比容量达到171.2 m Ah/g，首次充放电效率高达88.15%，稳定循环250周后，容量保持率仍有80.3%。