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《北京理工大学》 2014年
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磷酸铁锂正极材料制备及其应用的研究

邓龙征  
【摘要】:本论文研究了橄榄石LiFePO4材料的合成、电芯的制作以及电池系统的集成。针对LiFePO4的比表面积大、导电性差和电化学活性低等缺点,采用水热法和高速离心喷雾干燥法等方法制备了LiFePO4和LiFePO4/C;对LiFePO4的生产技术进行研究并实现该材料的产业化;以圆柱18650电芯为基础,开发了纯电动汽车电池系统。 研究了水热法制备LiFePO4的工艺条件,在水溶液中以LiOH H2O、H3PO4和FeSO47H2O为原料合成了纯相的LiFePO4并优化了水热法的工艺条件。经过优化工艺条件所制得的LiFePO4具有113mAh g-1的首次放电比容量;采用高速离心喷雾干燥法,以LiH2PO4、Fe2O3和葡萄糖为原料合成了球形实心的LiFePO4/C,制备的材料振实密度高达1.56g cm-3。 开展磷酸铁锂的生产技术研究并取得了相应成果。通过对原料、设备和合成工艺的选择,确定了制备磷酸铁锂产品的原料标准及相应生产设备,同时优化了磷酸铁锂合成工艺。所研究开发的磷酸铁锂中试技术制备的磷酸铁锂粉体材料具有比容量高、安全性好、成本低和产品综合性能较好的特点,并成功应用于工业生产。研究了采用复合导电添加剂碳纳米管CNT、Super-P和KS-6对磷酸铁锂电极性能的影响。碳纳米管可以均匀地分散在碳包覆改性的磷酸铁锂颗粒之间,由此形成丰富的导电网络,可以有效降低电极的内阻,提高正极活性材料的利用率,并有助于电极的首次充放电效率的提高。没有添加CNT的电极的比容量只有139.1mAh g-1,内阻-1为3.25mΩ,而添加CNT的电极的比容量可以达到146.3mAh g,内阻是1mΩ。没有添加CNT的电极在7C放电条件下的放电容量只有其在1C放电条件下放电容量的81.34%;而添加CNT的电极在9C和1C放电条件下的放电容量几乎能保持一致。此外,添加CNT的电极在2165次循环后的容量保持率为91.78%,表现出良好的循环寿命。 研究了涂碳铝箔作为正极集流体对磷酸铁锂电极性能的影响。使用涂碳铝箔不但可以提高磷酸铁锂材料的粘结性,而且可以在集流体和磷酸铁锂颗粒之间形成良好的导电层,从而有效降低正极材料和铝箔的接触内阻,提高电极的倍率性能。在10C放电倍率下,使用涂碳铝箔的电极放电平台增加0.3-0.4V,在15C的放电倍率下,使用涂碳铝箔的电极比使用普通铝箔的电极的比容量提高约15%左右。 开发了316.8V/48Ah纯电动车电池系统,该系统由电池包、电池箱体、电池管理系统(BMS)、整车通讯线束、电池高低压线束、加热片和高低压接插件等构成。先用32个电芯做并联,然后99个电芯做串联,整个电池系统额定电压为316.8V,工作电压范围为247.5-346.5V,系统总能量为15.2KWh,重量约为182Kg(电池重量约112Kg),系统的能量密度约为83.6Wh Kg-1。
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM912

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