【摘 要】
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锂离子电池广泛应用于航空航天、新能源汽车、笔记本电脑、手机等领域,而正极材料是制约其性能的关键因素。富锂锰基正极材料具有高电压、高比容量、成本低廉和环境友好等优点,是一种很有发展潜力的正极材料。同时相比传统航空电池,具有高能量密度、小体积、可柔性化、更安全的固态电池也成为近年来研究热点。本文首先制备高性能的富锂锰基正极材料,进行模拟仿真,然后将富锂锰基正极材料应用到固态电池中。具体的研究内容和结论
【基金项目】
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国家自然科学基金（基金号:U1904213）； 江苏高校优势学科建设工程资助项目；
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锂离子电池广泛应用于航空航天、新能源汽车、笔记本电脑、手机等领域,而正极材料是制约其性能的关键因素。富锂锰基正极材料具有高电压、高比容量、成本低廉和环境友好等优点,是一种很有发展潜力的正极材料。同时相比传统航空电池,具有高能量密度、小体积、可柔性化、更安全的固态电池也成为近年来研究热点。本文首先制备高性能的富锂锰基正极材料,进行模拟仿真,然后将富锂锰基正极材料应用到固态电池中。具体的研究内容和结论如下:（1）分别采用固相法和溶剂热法制备富锂锰基正极材料。对于固相法合成富锂锰基正极材料,研究了不同煅烧温度和煅烧时间对材料晶体结构、产物形貌、电化学性能的影响,得到最佳制备条件为900℃12h。对于溶剂热法合成富锂锰基正极材料,探究了不同Li含量对材料晶体结构、产物形貌、交流阻抗、电化学性能的影响。当x=0.2时,Li1+x(Mn0.675Ni0.1625Co0.1625)1-xO2为规则球状,交流阻抗最小,同时表现出良好的循环稳定性和倍率性能。（2）利用Comsol Multiphics软件分析了锂离子在充放电循环中的传递过程,其充放电曲线能够与实验结果基本吻合。通过构建锂离子单电池三维模型,模拟了放电过程中负极锂的脱出和正极锂的嵌入,分析了正极在放电过程中的应力和体积应变。（3）通过流延法制备了PVDF-HFP-LLTO复合固态电解质。10wt%LLTO的复合固态电解质在室温下离子电导率最高(2.5×10-5Scm-1),同时具有最好的机械性能。利用制备的富锂锰基正极材料和PVDF-HFP-10wt%LLTO复合固态电解质组装成了固态电池,该固态电池在2-4.6V电压范围,室温0.1C下首次放电比容量为218 m Ah/g,能稳定循环50圈以上。
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