| 题名 | 尖晶石型锰基正极材料电化学性能及容量衰减机理研究 |
| 作者 | 耿彤彤 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 导师 | 张飞龙 |
| 关键词 | 锂离子电池 LiMn2O4 LiNi0.5Mn1.5O4 充电截止电压 容量衰减机理 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 锂离子电池以其高能量密度、高工作电压、长寿命等优势,被认为是最有发展前景的电化学能量存储设备之一。容量衰减是其发展过程中存在的突出问题,而充电截止电压是影响电池容量衰减的一个重要因素。系统地研究电池在不同充电截止电压下的容量衰减机理,可以有针对性地提出改善电池电化学性能并抑制电池容量衰减的方法。论文探究了锂离子电池常用的尖晶石型锰基正极材料锰酸锂（LiMn2O4）和镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4)在不同充电截止电压下的容量衰减机理,通过恒流-恒压充放电、电化学阻抗等测试手段对电池的循环性能、库仑效率、阻抗等电化学性能进行了测试和比较,采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等表征方法对正极材料颗粒变化和正极表面电极-电解液界面膜的生长进行了分析。首先,分别对LiMn2O4/Li半电池在4.3、4.4、4.5、4.6、4.7和4.8 V vs.Li/Li+下进行长期充放电循环测试,以探究LiMn2O4材料在不同充电截止电压下的电化学性能和容量衰减机理。结果表明,在电池充电截止电压低于4.6 V时,锰溶解和姜泰勒效应将造成LiMn2O4材料体相结构发生扭曲甚至坍塌,电极颗粒粉化严重,进而使锂离子在材料中的扩散受阻,锂离子扩散系数(D+Li)的数值不断降低。另一方面,由于电解液会受锰催化和高电压的影响而加速分解,致使电极表面界面膜随充电截止电压增加而不断增厚。因此,当充电截止电压到达4.7 V和4.8 V时,界面膜加速生长,导致锂离子在界面膜中和界面间移动困难,引起膜阻抗(Rfilm)和电荷转移阻抗(Rct)增加。正极材料结构坍塌和正极表面界面膜的生长都会使电极极化增大,可循环锂离子数量降低,从而导致LiMn2O4正极材料电化学性能和容量的衰减。同样,还探究了长循环过程中,LiNi0.5Mn1.5O4正极材料在不同充电截止电压（4.0、4.3、4.5、4.6、4.65、4.7、4.8、4.9和5.0 V vs.Li/Li+）下的电化学性能和容量衰减机理。结果表明,在电池充电截止电压低于4.8 V时,正极材料释放的容量很低,但容量保持率很高。LiNi0.5Mn1.5O4正极材料在长期充放电过程中保持了很好的结构稳定性且电解液分解反应不明显。当电池电压到达4.8 V及以上时,材料虽可以释放出正常的容量,但容量衰减比较严重。在电池电压达到5.0 V时,容量衰减程度进一步加剧,且电极表面P、F、Ni、Mn等元素的明显增加,表明电解液分解形成的电极表面界面膜对材料容量损失的影响也更加明显。综上,电极材料结构劣化和电解液分解程度加剧是电池容量衰减的主要因素。这两种因素的提出能为其他正极材料容量衰减的研究提供清晰的研究思路和合理的判断依据。相较于其他研究,论文更注重电极动力学过程分析,对金属离子在材料中的脱嵌或反应过程的研究也较为详细,有重要的参考价值。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 64 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/95261]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 耿彤彤. 尖晶石型锰基正极材料电化学性能及容量衰减机理研究[D]. 2019. |
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