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。     

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。     

不同锰源对尖晶石锰酸锂循环性能的影响

尖晶石锰酸锂正极材料具有价格便宜、环境友好、安全性好等优点,被视为最具竞争力及市场前景的动力电池和储能电池正极材料之一.锰酸锂至今未能在动力电池领域广泛应用,主要是因为其高温稳定性能和循环性能不佳.通过使用不同锰源前驱体合成尖晶石锰酸锂,发现以四氧化三锰为原料合成的尖晶石锰酸锂的高温和常温循环性能最好,常温480次循环容量保持率达到91.2％,45℃下300次循环容量保持率达到89.7％,明显优于其它前驱体合成的材料.     

表面包覆改性尖晶石锰酸锂正极材料

用Co01 x/zrO2对尖晶石正极材料LiMn204进行了包覆,对包覆尖晶石LiMn204的电化学性能进行了研究,结果表明:CoO1 x/ZrO2包覆LiMn204在3.0～4.4 V之间呈现稳定的循环性能,常温100次循环,容降11%,50℃高温下循环250次容降25%.包覆LiMn20450次循环放完电静置10min的开路电压值为3.25～3.36 V(充电截止电压分别为4.2～4.4 V),而未包覆LiMn204则分别为3.69～3.75 V(充电截止电压分别为4.2～4.4V).包覆后的LiMn204扩散系数循环后变化较小.     

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。     

醋酸钾对尖晶石锰酸锂电化学性能的影响

用恒流充放电、循环伏安、电化学阻抗谱(EIS)、XRD和能量色散谱(EDS)等方法,研究了醋酸钾(KAc)对尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)电化学性能的影响.当n(KAc):n(LiMn2O4)=1:1 000时,产物的高倍率性能最佳,以2.0C在3.0～4.3V循环,放电比容量比未添加时提高了6.7％;循环400次的容量保持率为83.64％.KAc的作用机理是:CH3COO-对质子氢的吸收,以及K+参与正极表面膜形成并进入晶格的协同效应.     

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%。     

不同煅烧温度对尖晶石锰酸锂性能影响

利用Li2CO3为锂源,MnO2为锰源,采用高温固相法在不同煅烧温度下制备尖晶石LiMn2O4材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)研究了不同煅烧温度的材料之间结构与形貌的区别,通过电化学性能测试研究了不同煅烧温度对锰酸锂的电化学性能影响。实验结果表明在4种不同煅烧温度下,800℃下所合成产物的电化学性能最佳。其在0.3 C、1 C、5 C下的首次放电比容量分别为121.58、102.61、93.83 mAh/g;在1C下循环50次的容量保持率为92.6%,要优于其它煅烧温度下所合成的材料。     

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...     

球形锰酸锂电池制备及性能的计算机图像分析

动态高温分解和低温分解结合使用合成的球形锰酸锂材料具有非常优异的电化学性能。工业化生产球形锂离子电池正极材料采用这种方法制备的产品质量可靠且成本较低。以醋酸锰、氢氧化锂、碳酸锰为基本材料,用液相法合成凝胶浆料和半固相浆料,利用喷雾干燥法制备了球形锰酸锂前驱体,最后动态焙烧喷雾干燥前驱体制备球形锰酸锂正极材料,并对其性能进行了计算机图像分析。     

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。     

超声辅助还原法制备尖晶石锰酸锂研究

采用超声辅助水热还原法制备尖晶石锰酸锂,并研究不同水热反应时间对锰酸锂性能的影响。采用XRD、SEM对所得样品的晶体结构、微观形貌进行了表征。电化学性能采用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电进行检测。结果表明:水热法合成的LiMn2O4颗粒结构整体分布较为均匀、稳定。水热时间12h的尖晶石LiMn2O4嵌锂比容量最高可达137.6mAh/g,且循环性能良好。     

基于尖晶石锰酸锂混合材料的应用

研究了尖晶石锰酸锂和钴酸锂混合正极材料在锂离子电池中的应用.在保持锰酸锂与钴酸锂质量比1:1不变的情况下,对使用该体系的锂离子电池的初始性能、循环性能、过充电性能、60℃荷电保持7 d及不同温度放电性能等进行了测试,并与使用纯钴酸锂体系的电池做了比较.结果表明:混合材料满足锂离子电池的要求.     

氟化尖晶石锰酸锂LiMn_2O_(4-z)F_z锂电池正极材料研究

研究了电动工具、电池车等对安全性和成本要求较高的应用领域所需要的改性尖晶石型LiMn2O4电池正极材料。首先研究了LiMn2O4与LiF混合物的热处理反应过程,采用LiF对预先合成的LiMn2O4进行后处理,并研究了处理温度对材料的比表面积和高温循环性能的影响。结果表明,LiF/LiMn2O4混合体系在500℃以上开始反应,所形成材料的特性发生了明显的变化;热处理温度越高,形成的材料比表面积大幅度减小,由处理前的2.0m2/g减小为1.1m2/g;600℃条件下处理材料的首次比容量为118.1mAh/g,但是循环30次的容量保持率仍然可以达到89%。     

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。     

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。     

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。     

有机酸络合法合成的尖晶石锰酸锂特性研究

介绍了在实验室用柠檬酸络合法合成尖晶石LiMn2O4的方法以及用上述材料制备的试验电池;用X射线衍射仪和扫描电镜分析了热处理条件对LiMn2O4粉末结构和形貌的影响;详细报道了试验电池在不同热处理温度和时间条件下的充放电特性和循环性能的试验结果。