宜春職業(yè)技術(shù)學(xué)院10屆畢業(yè)論文

1、宜春職業(yè)技術(shù)學(xué)院10屆畢業(yè)設(shè)計LiMn2O4正極材料的合成及電化學(xué)性能單位：江西中投新能源有限公司機電系系/院鋰電新能源專業(yè)李淼指導(dǎo)教師：鐘海燕 碩士研究生2013年1月指導(dǎo)老師評語LiMn2O4正極材料的合成及電化學(xué)性能關(guān)鍵詞：LiMn2O4、正極材料、電化學(xué)性能摘要；本論文的主要工作是通過高溫固相法合成的動力鋰離子電池正極材料尖晶石型錳酸鋰，并 將所研制的材料進(jìn)行電化學(xué)性能研究，研究產(chǎn)品為中投新能源有限公司正極材料的電動工具用動力Mn系 6568D5PN-5500mAH電池的制作工藝，所制作的電池具有良好的倍率性能和常溫及高溫循環(huán)性能，并通過了一 系列的安全測試.最后作者探究了該系列低溫性

2、能的不足1引言：二次軟包鋰離子電池自商業(yè)化以來，由于其具有竦鎘、竦氫二次電池所不可比擬 的優(yōu)點，很快地占領(lǐng)了相當(dāng)份額的動力電池市場。而正極材料作為鋰離子電池 整個體系的鋰源，它的設(shè)計與選材非常重要。尖品石相LiMn204具有成本低、結(jié) 構(gòu)相對穩(wěn)定和綠色環(huán)保等優(yōu)點，已被用作鋰離子電池的正極材料。雖然它的 理論比容量為148 mAh /g，但實際初始比容量卻僅為115 mAh/g左右。因此 LiMn204的容量還有待于進(jìn)一步的提高。另外，它還存在著在高溫循環(huán)和存放性 能較差問題。通過優(yōu)化LiMn204的合成工藝，可以有效地改善它的這些電化學(xué)性 能。在眾多的制備方法中，高溫固相反應(yīng)法具有工藝簡單、適

3、于批量生產(chǎn)的特 點。本研究采用高溫固相反應(yīng)法，在不同條件下合成出正極材料LiMn204，對它 們進(jìn)行了電化學(xué)分析和制成后的循環(huán)容量衰減測試，確定了合理的LiMn204 合成工藝。2實驗2. 1材料的熱分析和合成由于公司沒有配備相應(yīng)的熱(DSC)測定和熱重(TG)分析儀，只能參考文獻(xiàn)進(jìn)行燒 烤工藝選擇將Li2C03及電解Mn02、MnCo3、Mn (No3) 2、Mn (Ac) 2按一定化學(xué) 計量比 n (Li) :n(Mn)=1.05： 2均勻混合后，在室溫至900C的溫度范圍， 以lOC/min的升溫速率采用固相分段合成法，發(fā)現(xiàn)在400-450C，固相反應(yīng)生 成不規(guī)則的尖品石LiMn204，

4、在500C反應(yīng)的中間產(chǎn)物含有LiMnO2、Li2MnO3和 Mn2O3，這些中間產(chǎn)物在500-1000C很穩(wěn)定。但溫度大于900C時質(zhì)量損失大，反 映其高溫性能不穩(wěn)定(有分解反應(yīng))。故對Li2C03/Mn02混合粉體首先在260C保溫6h在加熱到300C然后分別在 350C，650C和750C預(yù)保溫處理6 h，再升溫至850C，保溫12 h，隨爐冷卻 全室溫，得到不同條件下制備的粉體。2.2材料物性表征在350C焙燒得3v級鋰錳氧化物，在650C和750C得4v級鋰錳氧化物，在 650C下比在750C下焙燒得到的鋰錳氧化物平均粒度更小更均勻。2.3電化學(xué)，性能將三種溫度下制作的材料在其他環(huán)境材

5、料一致的情況下各制作2pcs成品6568D5PN系列軟包電芯2.31用廣州擎天鋰電池檢測柜對在650C下制成材料所成品電芯恒流恒壓充電 至4.2v后在環(huán)境溫度20C5C , 45%75%條件下以0.5ItA電流恒流充電至4.2V轉(zhuǎn)恒 壓充電，直至電流忍0.02ItA截止，b）擱置5min； c） 0.5ItA電流放電至3.0V; 記錄放電容量、放電時間、放電平臺；d）按照以上方法分別以0.5ItA充電0.5ItA 放電、0.5ItA充電1ItA放電、0.5ItA充電2ItA放電、0.5ItA充電3ItA放電， 測試電池倍率放電性能。項目 編號0.5C放電1C放電容量(mAh)時間 (min)3

6、.6V 平 臺 (min)容量(mAh)時間 (min)3.6V 平 臺(min)1#5829126.5776.48568361.5431.472#5805126.2978.16569162.0033.13項目 編號2C放電3C放電容量(mAh)時間 (min)3.6V 平 臺 (min)容量(mAh)時間 (min)3.6V 平 臺(min)1#539629.958.35479617.360.802#542729.609.51486517.411.261C/0.5C放電容量2C/0.5C放電容量3C/0.5C放電容量97.50%92.57%82.28%98.04%93.49%83.81%參考

7、標(biāo)準(zhǔn)：1C/0.5C放電容量N97%,2C/0.5C放電容量N93%, 3C/0.5C放電容量N80%在常溫3010C下充放電循環(huán)30周，容量衰減3%在低溫下充放電循環(huán)一次：低溫0C/常溫放電容量分別為：85.18%、87.60%低溫-10 C /常溫放電容量為：79.05% 、80.38%低溫-20C/常溫放電容量為：55.36%、54.44%低溫循環(huán)容量衰減參考：低溫0C/常溫放電容量N90%，低溫-10C/常溫放電 容量N80%,低溫-20C/常溫放電容量N70%2.32用廣州擎天鋰電池檢測柜對在750C下制成材料所成品電芯恒流恒壓充電 至4.2v后項目 編號0.5C放電1C放電容量(m

8、Ah)時間(min)3.6V 平 臺 (min)容量(mAh)時間(min)3.6V 平 臺(min)1#5706106.5770.48545236.5430.472#5785106.2970.16546837.0030.882C放電3C放電項目 編號容量(mAh)時間(min)3.6V 平 臺 (min)容量(mAh)時間(min)3.6V 平 臺(min)1#513622.957.35452016.360.702#520722.607.51453616.410.921C/0.5C放電容量2C/0.5C放電容量3C/0.5C放電容量95.55%90.00%79.21%94.52%90.00%

9、78.41%參考標(biāo)準(zhǔn)：1C/0.5C放電容量N97%,2C/0.5C放電容量N93%, 3C/0.5C放電容量N80%在常溫3010C下充放電循環(huán)30周，容量衰減8%低溫循環(huán)未測試2.33用廣州擎天鋰電池檢測柜對在350C下制成材料所成品電芯恒流恒壓充電 至4.2v后項目 編號0.5C放電1C放電容量(mAh)時間(min)3.6V 平 臺 (min)容量(mAh)時間(min)3.6V 平 臺(min)1#425192.1352.13401129.1726.472#401290.5450.36387227.3528.132C放電3C放電項目 編號容量(mAh)時間(min)3.6V 平 臺

10、(min)容量(mAh)時間(min)3.6V 平 臺(min)1#352913.502.5130212.100.302#331210.103.6429581.870.181C/0.5C放電容量2C/0.5C放電容量3C/0.5C放電容量94.35%83.02%71.66%96.51%82.56%73.73%參考標(biāo)準(zhǔn)：1C/0.5C放電容量N97%,2C/0.5C放電容量N93%, 3C/0.5C放電容量N80%在常溫3010C下充放電循環(huán)30周，容量衰減13%低溫循環(huán)未測試結(jié)論：650C下焙燒材料所制的電池在常溫下循環(huán)時，初始放電比容量達(dá)122 mAh/g, 30次循環(huán)后容量保持在97%左右

11、，循環(huán)性能良好，但 低 溫下放電容量衰減較為嚴(yán)重，電池的低溫循環(huán)壽命跟電解液，導(dǎo)電劑的比例，電 極涂布量等有影響，本人實驗證實電解液的不同對低溫性能影響較大，但暫無法 研究電解液成份對聚合物鋰離子電池低溫性能的具體影響，有待后續(xù)討論。參考文獻(xiàn):| Li Zhun3iQ(李智敝：),Qiu Wcihuaf-pL衛(wèi)華h Cw QuiwH(普全喜).Jojtrtial 宙/faltrialj and Srwlcjr(功 能材料 與 騫件孕報如1就1(0】敏1): 32l Naioaki Kumagaj, Tikayuki Fujiwara Kazua Tanoo ei ai. JEitrochem SmtJl 1996. 143(3); 10J0Lee訕定Tsai Vm-weh? Sajhihanam Raman d/_ JnarrHci/ of Power SaurvesJ 2003. 1191 723.4j Polo Fd-H9C-A Cp NiVts S- JvtTiai &f ftiw 翻川1幾 2A04, 35： ISOXid K Naoki Kumad Masaki 褊北而.J PoMr 伽wrdJ】 2000,913(2; 136.SituDg-tadt Myiin& Shjnivhj Knifl4tMF NKhjJki Kui*L Journal 時W E.mN