摘 要

无论是移动电子产品还是新能源汽车，电池越来越成为影响行业发展的重要因素。其中锂离子电池正极材料是制约电池性能的关键之一，受到人们的广泛关注。

Li₂MoO₃正极材料具有理论放电比容量高等特点，具有较大的发展潜力，但其导电率差导致其倍率性能差。本文以Li₂CO₃、MoO₃为原料，通过固相法合成Li₂MoO₃，然后用聚乙烯醇和蔗糖作为碳源进行碳包覆，研究不同碳源、包覆量、碳化温度以及保温时间等工艺参数对材料电化学性能的影响。

研究结果表明，不同包覆量、碳化温度和碳化时间对基体的相结构没有明显影响，同时Li₂MoO₃／C复合材料的颗粒细小、均匀。Li₂MoO₃／C复合材料的阻抗更小，可获得更高的放电容量和和更好的倍率性能。对于聚乙烯醇包覆，当包覆量为15%时、碳化温度为700°C、保温时间为2h，电流密度5mA/g时,材料首次放电比容量可达255.1mAh/g。对于蔗糖包覆，当包覆量为20%、碳化温度为700°C、保温时间为2h、电流密度5mA/g时，首次放电比容量可达282.4 mAh/g，而保温时间为3h时循环性能更好，容量保持率可达85.7%。

关键词：锂离子电池，碳包覆，电化学性能，Li₂MoO₃/C

Abstract

Whether electronic products or new energy vehicles, the battery is increasingly becoming an important factor affecting the development of the industry. Cathode materials have attracted much attention because they are one of the keys to control the battery performance.

Li₂MoO₃ cathode material has the characteristics of high energy density, so it has great potential for development. However, its low conductivity results in poor rate performance. Therefore, in this study, MoO₃, Li₂CO₃ were used as raw material to synthesize Li₂MoO₃ by solid state method, and then coated the Li₂MoO₃ with polyvinyl alcohol and sucrose. The effect of carbon source, the amount of coating, carbonization temperature and heat preservation time on the electrochemical properties of the Li₂MoO₃ were studied.

The results showed that the coating carbon source, the carbonization temperature and the heat preservation time had no obvious influence on the phase structure of the Li₂MoO₃. The particles size of Li₂MoO₃/C composite was small and uniform. The Li₂MoO₃/C exhibited smaller impedance, higher discharge capacity and better rate performance. For polyvinyl alcohol carbon coating, when the coating amount was 15%, the carbonization temperature was 700℃ and the heat preservation time was 2h, the materials delivered first discharge specific capacity of 255.1mAh/g. For sucrose carbon coating, when the coating amount was 20%, the carbonization temperature was 700℃ and the heat preservation time was 2h, the first discharge capacity was up to 282.4 mAh/g. For 3h holding time, the cycle performance was better, and the capacity retention rate was up to 85.7%.

Key words: Lithium ion battery, carbon coating, electrochemical performance, Li₂MoO₃/C

目录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2锂离子电池简介 1

1.2.1锂离子电池发展及应用 1

1.2.2．锂离子电池结构及其工作原理 2

1.3锂离子电池正极材料 3

1.3.1锂离子电池正极材料概述 3

1.3.2富锂层状锰基正极材料及其研究现状 5

1.3.3 Li₂MoO₃基锂离子电池正极材料 6

1.4 本文研究意义与研究内容 7

第二章 实验方法 8

2.1实验仪器及器材 8

2.2材料制备过程 9

2.3电极正极片的制备及电池组装 9

2.4 材料结构表征及电化学性能测试 10

2.4.1 X射线衍射分析（ XRD） 10

2.4.2 扫描电子显微镜（ SEM） 10

2.4.3透射电子显微镜（TEM） 11

2.4.3电池程控测试仪 11

2.4.4电化学工作站 11

第三章 Li₂MoO₃正极材料包覆改性研究 12

3.1聚乙烯醇包覆对Li₂MoO₃结构和化学性能的影响 12

3.1.1聚乙烯醇包覆量对Li₂MoO₃结构和性能的影响 12

3.1.2碳化温度对Li₂MoO₃结构和性能的影响 15

3.1.3碳化时间对Li₂MoO₃结构和性能的影响 17

3.2蔗糖碳包覆对Li₂MoO₃结构和性能的影响 19

3.2.1蔗糖包覆量对Li₂MoO₃结构和性能的影响 19

3.2.2碳化温度对Li₂MoO₃结构和性能的影响 21

3.2.3保温时间对Li₂MoO₃结构和性能的影响 23

4结论 25

参考文献 26

致谢 28

第一章 绪论

1.1引言

随着科学技术的迅速发展和人们生活水平的提高，人类社会对能源的需求日益增加，而且需要的能量形式更加多样化。但是煤炭、石油、天然气等不可再生的化石能源日益枯竭而且污染十分严重，已经不容许人们无节制的采用，因此开发可持续发展的环保新能源成为人类社会迫不及待的任务。开发高性能的能源储存和转化装置是使用和发展新能源的重要基础。在众多的能量储存与转换方式中，二次电池是可循环使用的高效洁净新能源，是综合缓解能源、资源、环境问题的重要技术途径之一，手机、电脑、相机等便携装置中的锂离子电池，正是由于其具有电压高、能量密度大、比功率大等特点，现已推动着新能源汽车和大规模储能等领域的产业变革，引人关注^[1]

1.2锂离子电池简介

1.2.1锂离子电池发展及应用

锂离子电池产生于20世纪中期，由于石油危机的出现，使人们意识到必须去开发新的可替代能源。因为锂具有密度小、氧化还原电位低、质量能量密度大等优良性能，所以锂离子电池成为了代替能源之一。

最先商业化的是锂原电池，20世纪70年代初实现了。人与此同时，人们也开始对锂离子电池的研究。而且随着科学技术的不断进步，各类电子产品越来越小。而电子产品的小型化必须伴随着电源的小型化。传统的铅蓄电池等容量低，体型大，很难达到电子产品的要求。锂电池的优点使其拥有无比光明的发展前景。