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电动汽车LiMn2O4-Li4Ti5O12动力锂离子电池研发
| 论文题名： | 电动汽车LiMn2O4-Li4Ti5O12动力锂离子电池研发 |
| 关键词： | 电动汽车;锂离子电池;LiMn204材料;Li4Ti5O12材料;电化学性能 |
| 摘要： | 锂离子电池具有体积小、重量轻、寿命长、无污染、能量密度高、无记忆效应等优势，已广泛应用于便携式电子产品中，并有望替代传统燃油成为新能源汽车的动力源。新能源汽车要求安全性能更好、成本更低和高电压等性能的动力锂离子电池，而锂离子电池的关键是电极材料，因此研发高性能电极材料变得尤为重要。尖晶石LiMn2O4具有电压高、安全性能好、价格低廉、无污染等优点，被认为是动力锂离子电池的理想正极材料；Li4Ti5O12负极材料具有安全性能优越、结构稳定、易于制备、材料廉价等优势，能够满足某些新能源汽车的需求。结合以上两种材料的优点，本文合成了LiMn2O4正极材料，合成并改性Li4Ti5O12材料，分别研究它们的电化学性能，最后构建软包装LiMn2O4-Li4Ti5O12锂离子电池体系，并对其电化学性能进行研究，得到了以下研究结果： （1）将通过固相反应法合成的锰酸锂正极材料和商品化的锰酸锂材料对比，通过一系列检测手段和电化学性能测试，最后发现通过简单的固相反应制备的LiMn2O4材料首次放电比容量为113.6mAh g-1，库伦效率为89％，50次循环过后的放电比容量为106.7mAh g-1，库伦效率为99.4％。而商品化的LiMn2O4材料首次放电比容量为108.3mAh g-1，库伦效率为89.1％，50次循环过后的放电比容量为101.5mAh g-1，库伦效率为96.6％。结果表明自制的LiMn2O4材料具有更好的循环性能及可逆容量和库仑效率。 （2）以醋酸锂和纳米TiO2为主要原材料，通过喷雾干燥辅助的高温固相合成法合成Li4Ti5O12本体材料，并对其进行改性研究：依次进行了C、C-Cu和C-Ag包覆获得Li4Ti5O12/C、Li4Ti5O12/C-Cu和Li4Ti5O12/C-Ag材料。结果表明这三种包覆改性均使Li4Ti5O12原始材料的结构更加稳定且结晶度更好。可逆容量由Li4Ti5O12的165mAh g-1提高到 Li4Ti5O12/C的169mAh g-1、Li4Ti5O12/C-Cu的185mAh g-1和Li4Ti5O12/C-Ag的189mAh g-1；20C时的可逆容量由Li4Ti5O12的98mAh g-1提高到Li4Ti5O12/C的125mAh g-1、Li4Ti5O12/C-Cu的136mAh g-1和Li4Ti5O12/C-Ag的113mAh g-1。材料性能改善的原因在于包覆大幅度提高了Li4Ti5O12本体材料的电子导电性和离子扩散能力从而使得材料的可逆容量和倍 （3）率性能均得到提高，循环稳定性得到改善。本文还探讨了金属包覆对Li4Ti5O12影响机理。结果表明，金属包覆改变了表面的电导率但是并未改变该材料的内部的导电性，但通过先小电流、再大电流充电方式可以实现该体系的快速充电。 （3）采用商品化 LiMn2O4为正极，Li4Ti5O12为负极制作了软包装LiMn2O4-Li4Ti5O12电池。充放电测试显示，该电池的初始容量为11.48Ah，循环50次后的容量为11.23Ah，容量保持率为97.8%，可望获得超长循环寿命的电池体系。 |
| 作者： | 杨行 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 路密;申培华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 厦门理工学院 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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