锂离子电池环保型水性正极的制备和性能研究

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锂离子电池作为一种新型清洁、可再生的二次能源,具有工作电压高、能量密度大、质量轻等优点,在手机、笔记本电脑、蓝牙耳机、数码相机等领域都得到了广泛应用。但是目前工业化、市场化的锂离子电池基本上全都是采用有机溶剂的有机体系正极极片,由于有机溶剂在电池制备过程中挥发,污染环境,回收难度大,对人的健康造成威胁,同时在电池制备过程中也增大了设备的投入。而以去离子水为溶剂,用水性粘结剂制备正极浆料,以上弊端就迎刃而解。本文在综合评述了锂离子电池的研究现状的基础上,系统地阐述了环保型水性正极锰酸锂离子电池的制作工艺流程,研究了水性粘结剂在锂离子电池中应用的关键影响因素,综合测评了环保型水性正极制备的锂离子电池的充放电性能、循环性能、倍率性能以及安全性能。水性正极锂离子电池与传统的有机体系锂离子电池相比,循环性能很好,水性正极锂离子电池500次循环的容量保持率为84.90%,以PVDF为粘结剂、以NMP为溶剂的有机体系锂离子电池500次循环的容量保持率为78.00%,水性正极锂离子电池的量保持率要比传统的有机体系锂离子电池的容量保持率明显要高,循环性能较有机体系锂离子电池要好得多。同时水性正极锂离子电池的内阻也较传统的有机体系锂离子电池偏小。大电流放电是锂离子电池的弱点之一,本文对水性正极锂离子电池在0.5C、1C、2C、3C、4C、5C等不同倍率的电流下进行放电,在不同倍率下都有良好的放电平台,5C倍率下放电容量为0.5C放电容量的80.0%,放电平台为3.2V左右,在5C倍率下大电流放电时电池表面温度最高59℃,没有出现电池过热现象,所以水性正极锂离子电池的大电流放电性能很好。安全性是锂离子电池,特别是锂离子动力电池所关心的焦点问题。本文通过测试研究环保型水性正极锂离子电池的安全性能,电池在穿刺、短路、撞击、跌落等滥用条件下均未发生起火、爆炸现象,说明水性正极锂离子电池的安全性能良好。
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