長壽命錳酸鋰鋰離子電池

研究背景Researchbackground能源危機Energycrisis

石油枯竭：現(xiàn)在已經(jīng)探明的大概為1萬1500億桶。雖然這比前兩年的估計數(shù)字增長了10%，但以目前的開采速度計算，地球上的石油儲量只夠滿足全世界石油消費需要41年。

據(jù)美國能源部門估計，今后20年內(nèi)，世界石油還能供求平衡，但20年后就要面臨缺油的局面。

據(jù)美國《華爾街日報》最新的統(tǒng)計資料，按照目前的開采速度，世界原油2002年已探明儲量還可以開采40.6年。

加州技術(shù)學院的物理學者D·古登斯坦在接受美國有線新聞網(wǎng)的財經(jīng)雜志采訪時說：“在未來的10到20年里可能會出現(xiàn)（石油短缺）?！彼a充道：“或許，這種短缺已經(jīng)開始了?！钡谝豁摚捕屙?。

環(huán)境污染Environmentalpollution傳統(tǒng)的化石燃料儲量有限，面臨枯竭；使用基本上是通過燃燒，燃燒會釋放SO2、氮的氧化物NOx及CO2等大氣污染物，造成酸雨和溫室效應(yīng)。第二頁，共二十五頁。汽車尾氣排放的主要污染物為一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、鉛（Pb）等。

VehiclesproducethemainpartofpollutantinatmospheresuchasCO,hydrocarboncompounds,NOx,Pbandsoon.身邊的污染——汽車Pollutionaroundus—vehicles第三頁，共二十五頁。鋰離子電池的優(yōu)點

Theadvantagesoflithiumionbatteries比能量高highpowerdensity工作電壓高highrate自放電率低lowselfdischarge

循環(huán)壽命長longcyclelife無污染lowpollution

安全性能好goodsafetycharacteristics

第四頁，共二十五頁。應(yīng)用ApplicationmobilephonesElectricbicyclesPowertoolsElectrictoysMininglamps,emergencylampsVacuumcleaner第五頁，共二十五頁。錳資源豐富abundantMnresource價格低廉lowcost

環(huán)保lowpollution

安全safety高倍率highrateLiMn2O4的特點

Theadvantagesoflithiummanganeseoxidecathode不利因素Problemstoberesolved:比容量較低relativelylowenergydensity循環(huán)壽命較短shortcyclelife高溫充放電循環(huán)過程中容量衰減快significantcapacityfadingunderhightemperature第六頁，共二十五頁。Mn溶解的發(fā)生Mndissolutionoccurrence

充電Charge：放電時正好相反。Dischargeisjustopposite.LiMn2O4示意圖SchematicdiagramofLiMn2O4第七頁，共二十五頁。改進措施Improvement正極Cathode

表面包覆Surfacecoating添加金屬離子Elementdoping(forexample,Ni、Fe、Co、Al、Si、Ti、Mo、La、Bi、Nb、Zn、Crandsoon)引入晶粒生長促進劑和界面能調(diào)節(jié)劑Addingcrystalgrowthaccelerantandinterfacialenergyregulator電解液Electrolytesolution不同功能添加劑Functionaladditives負極Anode合金與碳相混合Alloyanodesmixedwithcarbon第八頁，共二十五頁。XRDXRDpatternsofModifiedLiMn2O4andLiMn2O4

第九頁，共二十五頁。SEMSEMgraphofLiMn2O4SEMgraphofdopedLiMn2O4第十頁，共二十五頁。SEMgraphofcoatedLiMn2O4第十一頁，共二十五頁。錳酸鋰高溫（60℃）溶解試驗

LiMn2O4hightemperature(60℃)dissolutionexperiment

錳酸鋰類型電解液中溶解Mn的含量（μg/mL）LiMn2O4257.69ModifiedLiMn2O4144.50第十二頁，共二十五頁。電解液Electrolyte

電解液是鋰離子電池的重要組成部分，它與正負極材料的相容性好壞，對電池性能有很大的影響。

Electrolyteisthemainpartoflithiumionbatteries,anditscompatibilitywithcathodeoranodematerialshasgreatlyinfluencedonthebatteryperformance.與電解質(zhì)相容性影響因素包括：正極表面膜的穩(wěn)定性、電解液組分的氧化分解和LiMn2O4在電解液中溶解。第十三頁，共二十五頁。電解液組分氧化：Electrolyteoxidation

LiMn2O4高溫分解：

LiMn2O4decompositionathightemperature

第十四頁，共二十五頁。LiMn2O4在電解液中溶解：

LiMn2O4dissolutioninelectrolyte

痕量酸作用下，LiMn2O4發(fā)生歧化反應(yīng)：ThedisproportionreactionofLiMn2O4intraceamountacids第十五頁，共二十五頁。添加劑Additives

控制HF含量添加劑:AdditivesfordecreasingHF可以降低HF的含量，阻止其對電極的破壞和對LiPF6分解的催化作用，提高電解液的穩(wěn)定性，從而改善電池性能。乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等胺類化合物、N,N-二環(huán)己基碳化二亞胺、N,N-二異丙基碳化二亞胺等碳化二亞胺、吡啶、六甲基磷酰胺

正極成膜添加劑:Membrane-formingadditives在活性物質(zhì)表面發(fā)生了氧化和電聚合反應(yīng)，形成覆蓋在電極表面的導Li性和導電性薄膜。聯(lián)苯(BP)、二芐(DBZ)、N-甲基吡咯(MPL)、噻吩（TPN）等，如芳香族化合物（BP,DBI,DPE等）第十六頁，共二十五頁。LiMn2O4在改性電解液中的電化學性能

ElectrochemicalperformanceofLiMn2O4inmodifiedelectrolyteDischargecurvesofLiMn2O4inmodifiedelectrolyteandnormaleletrolyte第十七頁，共二十五頁。改性LiMn2O4的倍率放電特性

RatedischargepropertyofmodifiedLiMn2O4DischargeprofilesofLiMn2O4/graphiteandModifiedLiMn2O4/graphiteLi-ionbatteriesatvariousdischargingratesbetween3.0-4.2V;chargerateisfixedat1C第十八頁，共二十五頁。CyclicperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteriesat10C（3.0-4.2V）第十九頁，共二十五頁。CyclicperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteries（3.0-4.2V）第二十頁，共二十五頁。CyclicperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteries（3.0-4.2V）第二十一頁，共二十五頁。CyclicperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteries（3.0-4.2V）第二十二頁，共二十五頁。改性LiMn2O4的高溫循環(huán)性能

ElectrochemicalperformanceofmodifiedLiMn2O4athightemperature

Thehigh-temperatureperformanceofModifiedLiMn2O4/CLi-ionbatteriesat1Ccharge/dischargeratein3.0-4.2V第二十三頁，共二十五頁。Thehigh-temperatureperformanceof