鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1089次 | 2019年01月08日
用于鋰離子電池的高電壓正極材料的簡(jiǎn)單介紹
MargretWohlfahrt-Mehrens：非常感謝主持人的介紹，也謝謝主辦方給我這次機(jī)會(huì)來跟大家展示一下我們的一些研究工作。
今天我的演講主題是高壓陰極材料在鋰離子電池中的一些研究。我們是來自德國(guó)太陽能和氫能研究所的，這個(gè)組織也得到了歐盟相關(guān)下屬組織的一些資助。
談到提高我們的鋰離子電池的比能力以及比容量，我們基本上有兩個(gè)工作方針，一個(gè)是不斷提高電池的電壓，另外一個(gè)是擴(kuò)展我們高容量材料的使用范疇和領(lǐng)域。還有兩個(gè)方向都同時(shí)有更多的人在參與研究。我們重點(diǎn)的一些應(yīng)用領(lǐng)域的參數(shù)要去提高的就是低成本和安全性方面。
首先陰極材料在鋰離子電池當(dāng)中成本已經(jīng)都是比較高的，我們也需要從原材料成本入手，去降低它的成本，比如說在安排它的含量的時(shí)候，考慮降低鈷和鎳的量?，F(xiàn)在有很多不同的陰極材料，每一種都有相應(yīng)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。對(duì)于高壓電池的應(yīng)用，就是如圖所示的錳酸鎳鋰。
我們的這個(gè)材料對(duì)于濕度還有粉沫調(diào)整結(jié)構(gòu)，也就是從我們的架構(gòu)和微晶結(jié)構(gòu)以及谷粒結(jié)構(gòu)去做比較的話，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)很大的問題，在高壓電池的陰極材料當(dāng)中的合成參數(shù)能夠幫助改變一系列的形狀。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
要進(jìn)一步提升這種材料的性能，可以通過表面涂層的一個(gè)使用，在磷酸鋰表面使用錳酸鋰的涂層。今天我們可以看到氧化鋁和氧化氫，我們可以在這當(dāng)中去進(jìn)行錳酸鎳鋰一個(gè)涂層的使用，可以幫助改善表面的性狀。
另外對(duì)于所有的合成參數(shù)去進(jìn)行一個(gè)優(yōu)化也是我們主要的研究方向。比如說在金屬溶液以及沉降溶液當(dāng)中去加入氨，然后使產(chǎn)品產(chǎn)生沉著，使得氫氧鋰可以獲得不錯(cuò)的效果。
LMNO的涂層，離子的高導(dǎo)電性在鈦的表現(xiàn)當(dāng)中有不錯(cuò)的體現(xiàn)，我們也有相應(yīng)的研究，我們發(fā)現(xiàn)錳和鎳的離散多沒有擴(kuò)散到壁酸鋰當(dāng)中。
通過對(duì)壁酸鎳鋰的表面涂層可以獲得更高的穩(wěn)定性，我們可以看到圖表當(dāng)中的一些展示，圖表的統(tǒng)計(jì)大家可能看不清楚，我們通常會(huì)觀察對(duì)于未涂層材料的阻抗可能會(huì)增加。
另外，它同時(shí)對(duì)于整個(gè)電池的循環(huán)充放次數(shù)也有提升。大家注意一下，我們的電解質(zhì)使用的完全是ECDMC，還有磷酸鐵鋰的電解質(zhì)都是常用的一些電解質(zhì)。涂層提高了整個(gè)電池的穩(wěn)定性，必須降低了它的阻抗，如果我們?nèi)ビ?jì)算一下，其實(shí)在這個(gè)電解質(zhì)當(dāng)中完全沒有添加其他的添加劑。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
對(duì)于我們的高電壓電池可以在我們的結(jié)構(gòu)中可以增加鋰的含量。對(duì)于整個(gè)電池的應(yīng)用領(lǐng)域可以把高壓和高溶料通過一個(gè)新興材料同時(shí)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。
我們富鋰錳極的電池在電壓曲線當(dāng)中，我們來看一下從4.9伏到1.5伏的區(qū)間可以看到它的表現(xiàn)性非常的穩(wěn)定，而它的電化學(xué)性并沒有突出的改善。和DR的圖表去進(jìn)行對(duì)比，第一平臺(tái)可以做到200毫安時(shí)，從循環(huán)次數(shù)上可以看到，可以做到4.9伏，可以做到100次的循環(huán)充放，同時(shí)并沒有產(chǎn)生任何的容量衰減，我們看看錳酸鎳鋰，我們也可以看到，今天上午加上昨天也看到了很多演講者都提到了這樣的例子，同樣電位的以及低電位當(dāng)中我們可以看到循環(huán)次數(shù)多了之后，它的電容衰減的問題很突出。
在這里我們也可以看到首個(gè)證據(jù)，能夠證明我們錳酸鎳鋰的整電池當(dāng)中對(duì)于石墨的陽極材料的影響，我們?cè)谶@邊實(shí)現(xiàn)了160毫安時(shí)，我們也是用一些正常的電解液去做這些實(shí)驗(yàn)，沒有參加任何的添加劑，總的來說，這種循環(huán)的穩(wěn)定性還是比較好的，這種材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了鋰化，我們用了一些化學(xué)的憑據(jù)去進(jìn)行了這個(gè)過程。
我們還使用了石墨，還有其他一些材料。像這種鋰化的這種過程，我們最開始是從陰極這邊開始，然后我們要有一種鋰化的過程，在這個(gè)過程中會(huì)有一種合成。這種合成也是非常有必要的。
這張圖表是關(guān)于LMNO一個(gè)化學(xué)鋰化的過程，我們是把這種材料和LIG的這種材料混合在一起，然后再經(jīng)過一個(gè)熱處理的流程，這就是最終對(duì)這種材料的鋰化。
在這張幻燈片當(dāng)中我們可以看到，通過一些化學(xué)的方法可以實(shí)現(xiàn)這種富鋰材料像的形成。我們看看它鋰化的這個(gè)過程，可能會(huì)達(dá)到2.5的水平，如果要達(dá)到比較高的鋰化的水平的話，可能還要進(jìn)行二次鋰化的流程。這種材料要進(jìn)行鋰化的話我們可以使用不同的化學(xué)品去促進(jìn)這種材料。
在這張幻燈片的左手邊我們可以看到它整個(gè)化學(xué)的一個(gè)演變過程，和其他的化學(xué)品進(jìn)行混合的話，最終達(dá)到了一個(gè)我們想要的一種富鋰的圖像。
在這邊我們可以看到，兩個(gè)部分的鋰化的一個(gè)圖表，我們可以看到它這個(gè)比重的一個(gè)曲線，這個(gè)材料在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們先進(jìn)行了部分的鋰化。這里的X值是0.44和0.88。我們看看更高的鋰化的這種情況對(duì)于電壓的這種影響，在一定的程度上，在這個(gè)水平上，這個(gè)電壓是比較穩(wěn)定的，在這里我們也有一些額外鋰化的現(xiàn)象，可以去彌補(bǔ)在這個(gè)過程中產(chǎn)生的一些損失，在這個(gè)過程中是使用石墨做一個(gè)比較，這個(gè)材料是用一個(gè)完整的電池然后再跟石墨進(jìn)行一個(gè)比較，比較一下這種過渡鋰化狀態(tài)材料的情況。
我們比較了一下電池的充電和放電，黑色是充電的曲線，紅色的代表是放電的曲線，總體來說它的循環(huán)的穩(wěn)定性都比較好，我們僅僅是處于實(shí)驗(yàn)的初期，這個(gè)電池還沒有實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，我們也在觀察這種過度鋰化材料的性能。
我們比較一下不同的陰極材料它的比能和石墨進(jìn)行一個(gè)比較，這邊是一個(gè)電位圖，橫軸表示電位，縱向表示比容量，我們比較了不同材料的比能。我們看看這些材料的能量密度，和高能量的MIC做一個(gè)比較?？傮w來說，這些材料的比能還是比較好的。
現(xiàn)在我想談一下陰極混合電極的一些特性。如果是說進(jìn)行各種混合的話，它的這個(gè)電極的特性將會(huì)是什么樣的，我們現(xiàn)在做一個(gè)比較，有更高的比能的這個(gè)材料，在另外那邊是一個(gè)更高的比功率的材料在進(jìn)行一個(gè)比較，下面的這個(gè)材料是尖晶石。
我們還看了這個(gè)材料在高功率情況下的一個(gè)表現(xiàn)，和旁邊的鋰鐵錳這種材料進(jìn)行一個(gè)比較，我們也可以把這兩種材料混合起來。
這個(gè)是關(guān)于錳的，在60度的溫度下存儲(chǔ)了2周之后錳的一個(gè)曲線，我們看看這個(gè)橫軸是尖晶石，縱軸是溶解后錳的含量。我們還可以做一個(gè)材料的混合，和LFMP的材料進(jìn)行混合的話，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們可以大大減少錳的溶解。
我們可以用不同的方法去做這種混合的實(shí)驗(yàn)，我們可以改變這個(gè)結(jié)構(gòu)，或者是做一些混合。
這張幻燈片主要是分析尖晶石的項(xiàng)，尤其是在賣出和緩和的這個(gè)過程中，還有它的一些主要的晶核參數(shù)的變化。
在這里是把LFMP和LMO進(jìn)行混合，把這個(gè)混合的電極和尖晶石晶核的參數(shù)進(jìn)行一個(gè)比較。
在這里我們看看在慢充和環(huán)節(jié)的過程中，它放電的一個(gè)基理是怎樣的，低率的放電還有高電流以及緩和的慢充過程當(dāng)中，我們也分析了它的這個(gè)充電的情況。
我們?cè)俦容^一下純陰極材料和一些混合陰極材料。首先，看它跟這個(gè)錳的溶解液進(jìn)行一個(gè)比較，它的這個(gè)穩(wěn)定性是怎么樣的。我們看了能源密度，還有功率密度也是比較高的，這個(gè)電位的穩(wěn)定性也比較好。
這是我們做的一系列材料的一些比較，謝謝大家的聆聽。
提問：非常好的演講，除了這種涂層的尖晶石的話，你們有沒有對(duì)其他的一些材料做一些實(shí)驗(yàn)?
MargretWohlfahrt-Mehrens：我們沒有做過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，我們做的主要是一些氧化物，還有錳的一些材料。目前來說鋰這個(gè)材料的性能是最好的，尤其是在阻抗方面來說，這個(gè)方面的選擇是更好的，可以有更高的阻抗。
提問：你們的這個(gè)實(shí)驗(yàn)是基于完整的電池還是這種長(zhǎng)期的循環(huán)?
MargretWohlfahrt-Mehrens：這個(gè)阻抗的測(cè)量我們是用半個(gè)電池來做的，后來我們還和石墨進(jìn)行了一個(gè)比較。我們這個(gè)電極的復(fù)合是50。
