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磷酸铁锂和三元材料与电容炭复合电极倍率性能研究

王飞  
【摘要】:随着日益严峻的能源危机和环境危机,电动汽车成为今后汽车产业发展的方向。但是由于电池技术的限制,阻碍了电动汽车产业的发展,尤其是电池的快速充电性能亟待提升。本论文研究采用电容炭分别和商品磷酸铁锂(LFP)、镍钴铝三元材料(NCA)和镍钴锰三元材料(NCM)制备NCA/电容炭、NCM/电容炭和LFP/电容炭复合电极,提高其高倍率充放电性能。通过研究AC1、AC2、AC3和AC4四种电容炭分别对商品NCA倍率性能的影响,得出当活性物质的负载量在4 mg/cm2左右时,AC1、AC2、AC3和AC4电容炭的添加量分别为3%、8%、5%和5%时,对NCA的倍率性能提升最大。其中对NCA倍率性能提升最大的是3%AC1电容炭,其5 C充电-5 C放电、10 C充电-10 C放电和20 C充电-20 C放电的充放电比容量达到116、102和85m Ahg-1,而空白NCA电极的5 C充电-5 C放电、10 C充电-10 C放电和20 C充电-20 C放电的充放电比容量仅为52、43和18 m Ahg-1。添加3%AC1电容炭能改善商业化NCA正极材料高温下放电性能。3%AAC1复合电极在55℃恒定温度下,在1 C倍率下充放电,循环100圈后放电比容量为129 mAhg-1,容量保持率为92.85%,而空白NCA正极材料循环100圈后放电比容量为115 m Ahg-1,容量保持率为72.32%。通过研究AC1、AC2、AC3和AC4四种电容炭分别对商品NCM倍率性能的影响,发现当活性物质的负载量在4 mg/cm2左右时,AC1、AC2、AC3和AC4电容炭的添加量都为3%时,对NCM材料5 C和10 C的倍率性能具有小幅度的提升作用,对NCM材料的20 C倍率性能几乎没有提升作用,当继续增加电容炭的含量时,对NCM材料的倍率性能没有提升作用。其中对NCM倍率性能提升最大的是3%AC3电容炭,其5 C充电-5 C放电、10 C充电-10 C放电和20C充电-20 C放电的充放电比容量达到85、62和28 m Ahg-1,而空白NCM复合电极的5 C充电-5 C放电、10 C充电-10 C放电和20 C充电-20 C放电的充放电比容量为62、48和26 m Ahg-1。通过研究AC1、AC2、AC3和AC4四种电容炭分别对商品LFP倍率性能的影响,得出当活性物质的负载量在4 mg/cm2左右时,AC1、AC2、AC3和AC4电容炭的添加量分别为8%、8%、3%和8%时,对商业化LFP的倍率性能提升最大。其中对LFP倍率性能提升最大的是8%AC1电容炭,其5 C充电-5 C放电、10 C充电-10 C放电和20 C充电-20 C放电的充放电比容量达到102、85和63m Ahg-1,而空白LFP电极的5 C充电-5 C放电、10 C充电-10 C放电和20 C充电-20 C放电的充放电比容量为77、8和1 m Ahg-1。以上研究表明,电容炭能有效提高锂离子电池正极的倍率性能,而且直接机械混合法工艺简单,方便工业化应用。


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