不同电解液体系对LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2电极电化学性能的影响

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未来几年,以电动汽车为主的电动交通工具市场及通信储能市场对锂离子电池的需求将不断增大,对锂离子动力电池的性能要求一般集中在能量密度、功率密度、循环寿命及安全性能方面。普遍认为高压下的锂离子电池的容量会有一定提高,但是电压越高安全隐患也就越大。寻找合适的导电剂配比与电解液体系是解决锂离子电池耐高压性能较为经济简便的方法之一。本文通过恒流充放电测试、循环伏安测试、电化学阻抗谱测试结合XRD和SEM表征手段,逐步研究了导电剂含量、截止电压和电解液体系对LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2电极电化学性能的影响,通过电化学阻抗谱测试系统研究了锂离子电池LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2电极的电极界面特性,希望通过改变电解液体系进一步改善电极的循环稳定性。本论文的主要内容和结论如下:(1)室温条件下,在极片制作时添加不同含量的导电剂,分别为10%、20%、30%、40%。恒流充放电测试结果表明,当LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2电极中的导电剂含量为40%时,首周放电比容量由149.7 mAh g-1增加到了163.4 mAh g-1,首周库伦效率由79.5%上升到83.7%,经过90周循环后的容量保持率由81.4%增加到了85.1%。根据EIS测试结果发现,当LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2电极中导电剂含量为40%时,电极表面能够形成更稳定的SEI膜,促进了锂离子的传输过程,提高了电荷传递能力,电极的循环稳定性也随之上升。(2)对电池进行充电截止电位为4.3 V、4.5 V、4.7 V下的电化学测试,充放电测试结果表明充电截止电位越高,LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2电极的容量损失也就越大,容量保持率也就越低。虽然4.3 V下电极的首周库伦效率与容量保持率都最高,但是充放电比容量都是最低的,相比之下,4.5 V下的电极性能表现较为均衡,首周放电容量可以达到176.4 mAh g-1,循环100周后的容量保持率仍有91.6%。EIS测试结果发现,在充放电电压范围在3.44.5 V时的LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2电极表面形成的SEI膜比较稳定,电荷传递能力也较为良好,电化学性能也比较均衡。(3)根据前两章的实验结果,进一步探究电解液体系对LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2电极的电化学性能影响。进过充放电测试结果发现,在高压下,电极在4.5 V时的电化学性能要好于4.7 V。采用HZ01-1型电解液可以提高电极在4.5 V下的首周库伦效率与容量保持率,首周库伦效率为82.6%,经过100周循环后容量保持率仍有95.3%。充放电电流密度的增加会导致LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2电极可逆比容量的下降,而在HZ01-1型电解液中,大电流下的电极容量衰减得到了抑制。EIS拟合结果表明,在HZ01-1型电解液中,电极表面能够形成更稳定的SEI膜,电荷传递阻抗降低,LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2电极的界面稳定性更好。
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