锰酸锂电池正极材料晶体图像分析及性能测试

由于尖晶石锰酸锂电池的锰易溶于电解液中,使电池的储藏性能差、循环寿命短,尤其在高温下(60℃以上)这种现象更为明显。由于锰酸锂的表面结构及其界面的反应对锰的溶解影响较大,为了减小其晶界的面积进而减少锰的溶解,利用计算机设计了一种类球形的锰酸锂颗粒,通过这一方法提高锰酸锂材料晶体结构的稳定性和高温循环性能。研究表明,所设计的类球形锰酸锂正极材料为原料制备成的电池具有较好的循环性能,常温下1 C放电循环2 000次后,电池容量保持率约为82%,在高温下进行500次循环后,容量保持率仍高达82%左右。     

锰酸锂电池铅源添加对性能影响的计算机分析

在850℃下焙烧20 h得到产物尖晶石型Li_(1.05)Mn_(1.95-x)Pb_xO_4,其中原料分别为以电解二氧化锰、碳酸锂、硝酸铅。采用计算机图像分析的方法对掺杂不同量的元素铅对尖晶石锰酸锂结构、形貌以及电化学性能等的影响,结果表明:尖晶石型Li_(1.05)Mn_(1.95-x)Pb_xO_4中掺杂量x的变化会对锰酸锂的颗粒团聚、循环性能产生影响,同时材料的电化学性能也会随着掺杂量x的变化而变化。     

启停锰酸锂电池表面材料改性及性能分析

尖晶石型LiMn_2O_4作为启停电池的一种正极材料,因其价格低廉、环保无污染的特点受到汽车电气制造行业青睐,然而,该电池尚存在初始比容量较低、高温下循环使用容量衰减较快的问题。提高高温循环稳定性的一种常用方法就是对锰酸锂进行表面改性。主要通过在锰酸锂表面包覆诸如金属氧化物、含Li化合物、聚合物、金属、氟化物等化学物质显微图像来观察其变化,进而研究表面改性对其循环性能的影响。对比研究了不同的表面改性方法,分析其优缺点,并对此提出可行的改进方案。     

铬离子掺杂锰酸锂电池高温溶解性的图像分析

结合扫描电镜图像研究不同温度下LiMn_(2-x)Cr_xO_4中铬离子和锰离子的溶解性能。当LiMn_(2-x)Cr_xO_4粉末浸入到含有LiPF_6的电解液时,铬离子和锰离子就会溶解。增加LiMn_(2-x)Cr_xO_4中的铬离子,在常温和高温条件下,锰离子的溶解量均大幅减小。在LiMn2O_4中掺杂铬离子,会抑制高温下锰离子的溶解反应,因此会导致容量衰退。此外提高浸泡温度,会使铬离子和锰离子的溶解量大幅增加。温度在铬离子掺杂和非掺杂LiMn_2O_4的溶解中起着关键作用。     

大容量锰酸锂电池的安全性能研究

采用商品化的LMnO4和石墨作为正负极材料制作锰酸锂动力电池（347080-16Ah）,并对其进行热冲击、穿刺、短路和过充安全等试验。试验结果显示,电池经过热冲击、穿刺和短路测试后,未发生爆炸、起火现象;但是3C／10V过充后,电池发生爆炸,并放出大量黑烟,电池表面最高温度达到290℃;黑烟的主要成分是CO2、CO、H2、CH4、C2H6、C2H4和炭黑,爆炸后的粉末主要成分为C、MnO和Li2CO3。     

球形四氧化三锰合成锰酸锂的性能

分别以湿法沉淀的球形四氧化三锰(Mn3O4)和商业电解二氧化锰(EMD)为锰源合成锰酸锂(Li Mn2O4)。通过杂质含量分析、XRD、SEM和充放电测试等,研究锰源对产物性能的影响。以粒度为10μm的球形Mn3O4为原料合成的Li Mn2O4保留了锰源的物化特征,以1.0 C在3.00~4.35 V充放电,首次放电比容量为117.2 m Ah/g,常温、55℃高温循环100次的容量保持率分别为94.6%和91.0%,高于以EMD为原料合成的Li Mn2O4(分别为87.9%和72.9%)。循环性能的提高,与球形Li Mn2O4的粒度分布集中、比表面积小及杂质含量低有关。     

控制结晶法制备球形锰酸锂的研究

采用控制结晶法制备出球形MnCO3前驱体,经预处理后得到多孔隙球形Mn2O3,与Li2CO3研磨混料,高温煅烧合成了结晶完整的球形尖晶石型LiMn2O4。比较了普通高温固相法与控制结晶法对锰酸锂电化学性能的影响,结果表明,后者制备得到的球形锰酸锂具有更高的可逆容量和更好的循环稳定性能。常温下,普通高温固相法合成的锰酸锂初始放电比容量为129.12mAh/g,100次循环后容量保持率仅77.38%。而准确化学计量的球形锰酸锂初始放电比容量为129.40mAh/g,100次循环后,容量保持率为95.28%;富锂球形锰酸锂首次放电比容量为116.28mAh/g,经150次充放电循环后,放电比容量为112.95mAh/g,容量衰减率为2.86%,平均每个循环仅衰减0.019%。锰酸锂的球形形貌愈完整,其电化学性能亦愈优越。     

锰酸锂电池中水分及产气的研究

考察了不同比表面积、pH值等物性参数的锰酸锂正极材料的吸水特性影响,发现低比表面和低pH值的锰酸锂吸水性最弱。采用相同正极,不同水分含量的负极组装成5 Ah动力电池,随着内部水分含量的增大,电池55℃高温的衰减速率加大,而且水分高的电池出现严重的内部产气现象,重点对电池产生气体进行了分析,得到气体主要来自于电解液中的EC分解及DMC和EMC溶剂的挥发。     

尖晶石锰酸锂电池离子改性后的循环性能研究

尖晶石结构的锰酸锂是通过电解二氧化锰(EMD)和碳酸锂高温固相合成的,合成后的锰酸锂与作为原材料之一的电解二氧化锰在颗粒粒度和形貌特征上很相似。实验发现,为了得到高温循环稳定性更好的锰酸锂,可以通过降低其中的超细颗粒以及增加锂含量使其改性这两种方式。结合这两种方式合成的改性锰酸锂材料,比容量低,且于50℃下循环170次后容量保持率高,约为87%,表现出良好的循环稳定性。     

锰酸锂电池掺杂钴镍对电化学性能影响研究

通过烧结法向锰酸锂电池的正极材料中分别掺杂钴和镍后得到相应的电池,同时制备得到纯相的锰酸锂电池。通过X射线衍射仪、等离子发射光谱仪、电化学性能测试系统及电子扫描电镜等对其产物的组成、微观形貌、结构特征及充放电特性等进行表征。研究表明,所制备的掺杂钴和镍的锰酸锂电池的结晶度较高、颗粒较均匀且无明显的杂质相;掺杂钴和镍的锰酸锂电池的首次放电比容量分别为118.5、108.2 mAh/g;50次循环后,放电比容量分别为110.8、101.9mAh/g,50次循环后比容量的保持率分别为93.5%、94.2%。     

镍钴锰酸锂的制备及高电压充放电性能

用共沉淀-机械球磨-高温煅烧法制备纳米三氧化二铝(Al_2O_3)包覆镍钴锰酸锂材料,研究材料在高电压充放电条件下的电化学性能。XRD、SEM、容量微分(d Q)/电压微分(d U)和电化学性能测试结果表明:在镍钴锰酸锂颗粒表面得到了均匀的纳米级Al_2O_3包覆层,并提高正极材料的电化学性能。以0.5 C在3.0~4.6 V循环,Al_2O_3包覆量为0.5%材料第50次循环的放电比容量由未包覆材料的155.3 m Ah/g上升到172.7 m Ah/g。包覆处理可提升正极的热稳定性和高电压高温持续充电的时间,从而提高电池的高温安全性能。     

钴酸锂电池性能研究

钴酸锂电池比能量高,循环寿命长,是一些便携式电子设备电源的首选。为了进一步了解钴酸锂电池的性能,以3.6V/2.2Ah钴酸锂电池为实验对象,对电池的基本性能进行了研究。首先,进行了容量实验,研究了电池在不同倍率下的放电特性;其次,利用静置法研究了电池的充放电平衡电势(Electro motive force,简称EMF),分析了电池的平衡电势曲线;最后,得到了电池在不同SOC下的充放电欧姆内阻、极化内阻和总内阻,发现当SOC0.1时,内阻变化较大,当0.1SOC1.0时,内阻变化较小。     

梯次利用锰酸锂电池充放电特性研究

以梯次利用锰酸锂电池为实验对象,搭建储能电池测试平台,开展了恒压充电电压、恒流充电电流、恒功率充放电、环境温度等对电池组容量、内阻、电压一致性的影响实验研究.实验结果表明,将单体电池恒压充电截止电压设置在高于电池充电平台电压0.2V时,可以在较少时间获得较大充电总容量;在相同的充放电截止电压下,恒流充电电流越大,电池组...     

层状锰酸锂的制备及改性

采用离子交换法制备了锂离子蓄电池正极材料层状锰酸锂(m LiMnO2),并对其进行了掺杂改性研究,优化了层状锰酸锂及其前驱体(Mn2O3)的制备条件。采用X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)分析及电化学方法对所得试样进行了表征和测试。结果表明未掺杂的m LiMnO2具有很高的首次不可逆容量(130mAh·g-1),并且循环中容量衰减很快。对m LiMnO2进行掺杂Cr3 、Al3 和Co3 等的改性研究,结果表明掺杂能显著改善m LiMnO2的循环性能,降低首次充放电过程中的不可逆容量;其中Co和Al是掺杂效果较好的元素。     

风力发电钛酸锂电池制备及电气性能试验分析

通过优化的工艺制备了一种方形12 Ah铝塑膜软包装的风力发电锂离子动力电池,所制备电池的正负极活性物质分别为LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2、钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12)),隔膜为25μm厚的聚乙烯。对所制备的电池在1.4~2.8 V的条件下进行充放电测试,当常温下以4.0 C循环6 000次时电池容量的保持率高于97%,且并未出现胀气现象;当高温下以0.5 C放电时容量为常温下的109.1%,且脉冲放电比功率最高为2 236 W/kg,当对5只100%SOC的电池串联后进行针刺测试时,并未出现起火爆炸等现象。     

风力发电钛酸锂电池制备及电气性能实验分析

通过优化的工艺制备了一种方形12 Ah铝塑膜软包装的风力发电锂离子动力电池,所制备电池的正负极活性物质分别为LiNi1/3Co11/3Mn1/3O2、钛酸锂(Li4Ti5O12),隔膜为25μm厚的聚乙烯.对所制备的电池在1.4～2.8V的条件下进行充放电测试,当常温下以4.0C循环6 000次时电池容量的保持率高于97％,且并未出现胀气现象;当高温下以0.5 C放电时容量为常温下的109.1％,且脉冲放电比功率最高为2 236 W/kg,当对5只100％ SOC的电池串联后进行针刺测试时,并未出现起火爆炸等现象.     

高压镍锰酸锂电池电解液体系探索研究

新型正极材料高压镍锰酸锂的平台电位在4.75Vvs Li~+/Li,因此普遍认为电解液在高电位下的氧化分解是限制其应用的瓶颈。我们的研究工作发现,在半电池内、以纯碳酸酯为溶剂,镍锰酸锂表现出较好的循环稳定性,常规溶剂组合可以实现循环300周后容量保持80%以上,溶剂优化后,甚至达到92%以上的保持率。这表明高压镍锰酸锂电池正极一侧对添加剂的需求并不迫切。但是,我们发现部分常用石墨负极添加剂会对高压镍锰酸锂的循环性产生负面作用。本文中列举了碳酸亚乙烯酯(VC)和亚硫酸乙烯酯(ES)的氧化行为,发现它们分别在4.6V和4.05Vvs Li~+/Li会有明显分解反应。含有VC、ES添加剂的电解液使得镍锰酸锂电池的放电容量显著降低,在其电极表面有一层厚厚的沉积物,同时电池的阻抗显著增加。实验结果表明,在商品电池内广泛使用的负极添加剂,可能会优先在高压镍锰酸锂一侧发生正极氧化分解。因此,镍锰酸锂电池需要重新设计电解液体系。     

球形LiFePO4的制备及电化学性能

以(NH4)3C6H5O7为络合剂,通过控制结晶法制备了球形NH4FePO4.H2O,并研究了反应温度、滴加速度、搅拌速度和反应物浓度等对颗粒形态的影响。以球形NH4FePO4.H2O为前驱体,制备了球形LiFePO4,振实密度达1.08 g/cm3。充放电测试结果表明:样品在0.05C下的首次放电比容量为77.3 mAh/g;在0.05C、0.10C和0.50C下分别循环20次后,样品的放电比容量分别为77.2 mAh/g、54.7 mAh/g和42.7 mAh/g。     

陶瓷隔膜锂电池制备及低温性能监测

以常见的聚烯烃隔膜为例,分别研究通过湿法、干法两种途径制备而成的聚烯烃陶瓷隔膜的物理特性。以上述三种隔膜为材料制备比能量233 Wh/kg、容量4.5 Ah的无人机软包锂电池。实验证明,在温度低于-40℃的条件下4.0 C放电,普通隔膜、湿法制陶瓷隔膜、干法制陶瓷隔膜三种软包电池可用容量分别为最高容量的51.1%、62.6%、81.8%。相较于普通的聚烯烃材料隔膜,在超低温(低于-40℃)条件下,陶瓷隔膜能够使锂电池的倍率性能获得大幅提高。对于强化锂电池在超低温环境下的倍率性能,干法制备的聚烯烃材料陶瓷隔膜要比湿法制备的隔膜具有更高的能力。装机实验结果可知,干法制备的聚烯烃材料陶瓷隔膜的锂电池,在低温下的高倍放电性能更佳,无人机加速攀升续航时间更长。