论文总字数：20737字

摘 要

随着科技不断的发展，人们逐渐意识到能源的重要性，也认识到使用一次性的化石燃料（煤、石油、天然气等）带来的后果（空气污染、气候变暖等），因此世界各国均在大力发展可持续再生的绿色清洁能源，锂离子电池就是全球实现清洁能源的重要组成部分。

本文选取了层状正极材料LiNi_0.5 Mn_0.5 O₂作为研究对象，使用一步固相法，将三种原料混合均匀后在不同温度下煅烧，得到样品。对其进行一系列的测试分析，包括SEM、XRD、CV、EIS、循环性能和倍率性能测试，比较不同制备温度对LiNi_0.5 Mn_0.5 O₂正极材料电化学性能的影响。

关键词：锂离子电池 固相法 正极材料 LiNi_0.5 Mn_0.5 O₂

Research on Preparation Temperature on Lithium Nickel Manganese Oxide Cathode Materials

Abstract

With the continuous development of science and technology, people gradually realize the importance of energy and the consequences of using disposable fossil fuels (coal, oil, natural gas, etc.) (air pollution, climate warming, etc.) All the countries around the world are vigorously developing sustainable, renewable, green and clean energy, and lithium-ion batteries are a good alternative.

In this paper, the layered cathode material LiNi_0.5 Mn_0.5 O₂ was selected as the research object. Using the solid phase method, the three raw materials were mixed uniformly and calcined at different temperatures to obtain samples. A series of test and analysis were carried out, including SEM, XRD, CV, EIS, cycle performance and rate performance test, to compare the effect of different preparation temperatures on the electrochemical performance of LiNi_0.5 Mn_0.5 O₂ cathode material.

Key Words: Lithium ion battery; Solid phase method; Cathode Materials; LiNi_0.5Mn_0.5O₂

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 锂离子电池简介 2

1.3 锂离子电池结构 4

1.3.1 正极材料 4

1.3.2 负极材料 5

1.3.3 电解质 5

1.3.4 集流体 6

1.3.5 隔膜材料 6

1.4 层状正极材料LiNi_0.5 Mn_0.5 O₂ 7

1.4.1 LiNi_0.5 Mn_0.5 O₂的简介 7

1.4.2 LiNi_0.5 Mn_0.5 O₂材料的制备及性能测试 7

1.5 研究目的 8

第二章 实验部分 9

2.1 引言 9

2.2 实验方案 9

2.3. 实验试剂 12

2.4. 实验仪器 12

2.5. 材料物理性能表征 13

2.5.1. 物相分析 13

2.5.2. 微观形貌 13

2.6. 电极材料电化学性能表征 14

2.6.1. 正极片的制备 14

2.6.2. 电池的组装 14

2.6.3. 交流阻抗（EIS）法 14

2.6.4. 循环伏安法（CV） 15

2.6.5. 循环性能测试 15

2.6.6. 倍率性能测试 15

第三章 结论与分析 16

3.1. LiNi_0.5 Mn_0.5 O₂正极材料的XRD 16

3.2. LiNi_0.5 Mn_0.5 O₂正极材料的微观形貌 18

3.3.交流阻抗分析 22

3.4.循环伏安法 22

3.5.循环性能分析 24

3.6.倍率性能分析 25

第四章 结论与展望 26

4.1.结论 26

4.2.展望 26

参考文献 27

致谢 29

1. 绪论

1.1引言

从古至今，能源都是人们生活中必不可少的一部分，不论是刀耕火种时代的木炭干柴，或者是后来工业革命时期的煤炭，亦或是如今的石油，与我们生活的方方面面都息息相关、密不可分。进入21世纪以来，随着工业等各领域的飞速发展，能源的重要性显得越发明显。20世纪所形成的以煤、石油等不可再生资源为主的能源体系已经很难适应未来对于绿色、清洁、高效的能源体系的要求。能源产业的发展有着很大的前景，但也存在着很大的挑战^【1】。再加之如今的世界格局也在不断变动，各国都在不断为自己争取利益，与他国瓜分同一块蛋糕。中国作为世界上的大国之一，与一些国家的关系十分微妙，正如老话所说：“防范于未然”、“没有永远的朋友，也没有永远的敌人，只有永远的利益”，同时也是为了将自己的命运牢牢握在自己的手中，不受制于他人，研发新能源，尽可能摆脱能源体系对于石油等不可再生资源的依赖显得至关重要。与此同时，能源危机和环境问题在人们心中的地位也不断提高，越来越多的人们开始关心这些问题，小到汽油等的价格波动，大到原油等不可再生资源的开采规划以及人类活动导致的气候变化，都越来越受到关注。新能源的产生与发展，不但是人们为了解决现有问题而提出的方案，更是提前着眼于未来，避免未来陷入能源短缺的尴尬局面而做的努力。如今世界各国都在大力发展新能源产业，能否利用新的技术来发展新的能源（如核裂变、潮汐能、地热能等），来完善甚至是取代目前的以石油等不可再生资源为主的能源体系，在做到减少污染、绿色清洁的同时做到提高效率，实现人与自然和谐共生，这事关人类未来的命运，也关乎到子孙后代的福祉。因此，新能源领域是21世纪必须重视且大力发展的领域^【2】。

随着物理学科在上世纪的迅速发展、飞快进步，各种测试分析仪器和方法应运而生。能源领域也因此受益，在各种精密仪器的支持下，也得到了飞速发展。如今我们已经可以用XRD来判断自己合成出的材料是否为所需要的材料，并且判断晶型结构与结晶性；用SEM来观察材料的微观形貌；可以用电化学工作站测试组装的电池的诸多性能。正是在这些测试仪器和测试方法的帮助下，能源领域能够以如此之快的速度发展，能够发展到如今这种足以着支撑人类社会前行的地步。

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