氢氧化物共沉淀法合成lini13co13mn13o2其性能应用研究论 文

1、本 科 生 毕 业 论 文申请学士学位课题题目 氢氧化物共沉淀法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 及其性能研究 学生姓名 吴 娟 淑 所学专业 化 学 工 程 与 工 艺 导师姓名 章 守 权 老 师 2011年5月2日滁州学院本科毕业设计论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的设计论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承当。 作者签名： 年 月 日目 录摘要1Abstract. .11.绪论21.1背景21.2 锂离子电池开展概况21.3锂离子电池的工作原理及特点.21.4锂离子电池正极材料41.5锂离子电池负极材料41.6本文研究主要内容及意义4义.2.实验局部52.1试剂与仪器.52.2材料的制备52.2.1前躯体Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2用十六烷基苯磺酸钠改性的实验流程52.2.2前躯体Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2用十六烷基三甲基溴化铵改性的实验流程52.2.3前躯体Ni1/3Co1/3Mn1/3(OH)2用聚

2、乙二醇改性的实验流程5正极材料制备实验流程.52.3材料的表征与测试.52.4材料的电化学性能测试63.结果和讨论.63.1样品的XRD谱图分析63.2扫描电镜SEM分析63.3电化学性能测试83.3.1循环伏安曲线83.3.2 首次充放电曲线83.3.3循环性能曲线93.3.4电化学交流阻抗.104.结论10参考文献10致谢12 氢氧化物共沉淀法合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2及其性能研究 摘要：采用共沉淀法制备前驱体Ni1/3 Co1/3 Mn1/3(OH)2，考察了不同外表活性剂对锂离子电池正极材料LiNi1/ 3Co1/ 3Mn1/ 3O2 电化学性能的影响。利用XRD 和SEM对其结构和形貌进行表征，并采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电测试其电化学性能。结果说明，三种条件下均合成了纯相的LiNi1/ 3Co1/ 3Mn1/ 3O2，其中用十六烷基苯磺酸钠合成的样品电化学性能最好，且在0.2C倍率下比容量较大,首次到达138.6mAh/g，循环200次后，比容量为100.9 mAh/g, 容量保持率为72.8%; 而库伦效率在98%以上。关键词:锂离子电池；Ni1/3

3、Co1/3Mn1/3(OH)2;LiNi1/3Co1/3Mn1/3 O2.; 正极材料；; 共沉淀；; Hydroxide Coprecipitation Method and Properties of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2朗读显示对应的拉丁字符的拼音Abstract: Precursor Ni1/ 3Co1/ 3Mn1/ 3 (OH) 2 was synthesized by co-precipitation method. The effects of different surfactant on Li-ion battery cathode material LiNi1/3Co1/3Mn1/3 O2 electrochemical performance were studied.The structures and morphologies of the synthesized samples were characterized by XRD and SEM. The electrochemical performance were tested by

4、cyclic volt-ampere (CV), AC impedance and constant current charge-discharge measurement. The results show that pure phase LiNi1/ 3Co1/ 3Mn1/ 3O2 were synthesized under three different condisions , and which synthesized with LAS exhibited better electrochemical performance.Its specific capacity is higher at 0.2C. The first specific capacity is 138.6 mAh/g and remains 100.9 mAh/g after 200 cycles , keeping capacity of 72.8%.The coulomb efficiency is over 98%.Key words: lithium ion battery ; Ni1/3C

5、o1/3Mn1/3(OH)2;LiNi1/3Co1/3Mn1/3 O2.; cathode material；co-precipitation method 1绪论1.1背景 人类长期使用以煤、石油、天然气三大主要能源为代表的化石燃料，使得地球温室效应，环境污染逐步加剧，特别是随着三大主要能源储量的日益减少，以及由此引发的全球变暖和生态环境恶化受到越来越多的关注。因此，要保持人类社会的可持续开展，能源和环境是进入21世纪必须面对的两个严峻问题，而开发清洁可再生的新能源是今后世界经济中最具决定性影响的技术领域之一。在能源开发中，充分利用自然力如风能、潮汐能、太阳能等具有重要意义，由于这些能源作用的不连续，要大规模利用这些自然能，需要有与之配套的能量储存器。电池，尤其是二次电池，作为一种可以实现化学能和电能相互转化的器件，是合理有效地利用能源的重要媒介。在以电能为重要能源形式的现代社会里，电池起到不可替代的重要作用，在国民经济和国防工业中的地位十分重要。锂离子电池作为新一代的绿色高能充电电池，与其他电池系统相比，具有工作电压高(3.6V左右)、寿命长、重量轻、体积小、比能量大(体积比能量约

6、为300 Wh/L)、放电电压平稳和无记忆效应等优点，能够满足多个领域的需求。因此, 锂离子电池在未来科技开展中将会有巨大的应用前景。11.2 锂离子电池的开展概况锂离子电池是20世纪70年代是石油危机的背景下诞生的，当时主要集中在以金属锂及其合金为负极的锂二次电池体系。我国对锂离子电池的研究开发工作开始于上世纪 80 年代初，但直到上世纪 90 年代初SONY公司的锂离子电池问世后，才引起了大家对锂离子电池的密切关注2，并且之后对其研究工作相当重视，早在“863方案实施初期便把研究开发锂离子电池列为非常重要的工程3。“ 九五、“十五期间又将锂离子电池列为国家重点科技攻关工程，使之成为电子行业新的重大经济增长点，同时也带动整个行业的技术进步和经济开展4。此外，在我国西部盐湖蕴藏着丰富的锂资源，为我国开展锂离子电池提供了得天独厚的条件。据统计，国内参与研究和试制锂离子电池的重点单位5有：天津 18 所、中科院固体物理研究所、上海微系统研究所、北京有色金属研究总院、中科院长春应用化学所、北京科技大学、清华大学、厦门大学、天津大学、哈尔滨工业大学、武汉大学、新疆大学等。同时也建立了一些公司，

7、如：深圳比亚迪公司、天津力神股份、哈尔滨光宇集团、厦门集美宝龙工业园、TCL 集团、武汉力公司、北京星恒电源、山东潍坊华光集团、无锡索尼公司等都已经开始研发生产。 由于钴酸锂制作工艺简单、材料热稳定性能好、循环寿命长,虽然价格昂贵、有毒、平安性能不好,但至今为止钴酸锂仍是最主要的锂离子二次电池正极材料。6随着人们对高能电池性能期望值的不断提高,其容量和平安性能已逐渐难以满足需要, 加之近年来非洲对钴资源的垄断造成钴价飞涨,锂电池市场亟待钴酸锂替代品的出现。由于Ni和Mn的价格较Co廉价,人们尝试用Ni和Mn取代Co开发新的正极材料。71999 年 Liu 等8首次报道了结构式为LiNi1-x-yCoxMnyO2(0x0.5, 0y0.5)的镍钴锰三元过渡金属复合氧化物，该氧化物为 LiCoO2/LiNiO2/LiMnO2共熔体，具有 LiCoO2 的良好循环性能、LiNiO2 的高比容量和 LiMnO2 的平安性，被认为是最有可能替代LiCoO2的正极材料之一. 不同配比的LiNi1-x-yCoxMnyO2已被进行了广泛的研究。9Ohzuku等10首次制备了层状结构LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料，受到能源和材料领域学者的关注，已成为新能源领域的研究热点。111.3锂离子电池的工作原理及特点 通常正极采用含锂化合物，负极采用碳材料，电解液为锂盐的有机电解液。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱出，锂离子电池以C/LiCoO2电池为例的电化学表达式为：图1-1 锂离子电池工作示意图 上图是锂离子电池工作示意图。12充电时，锂离子从正极脱出经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，正极处于贫锂状态，同时，电子通过外电路从正极流向负极进行电荷补偿。放电过程和上述充电过程相反。锂离子电池的工作电压与构成电极的锂离子嵌入化合物及其中的锂离子浓度有关。与其他蓄电池相比，锂离子电池具有以下特点：13 工作电压高3.64.2。相当于3节Ni-Cd和Ni-MxH电能。 能量密度高。目前能量密度为140Wh/Kg, 350Wh/L，是Ni-Cd的四倍，Ni-MxH的两倍，而且其能量密度每年增加5%。 能量效率高。锂离子电池为99%，Ni-MxH为55-65%，Ni-Cd为5

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