论文总字数：16169字

摘 要

三元材料是一种应用于电池的正极材料。锂离子电池发现至今,人们一直在研究如何提高改善现有电池的水平,改革现有的电池材料。正极材料作为锂离子电池的重要组成部分,它是决定电池性能好坏的重要因素。三元正极材料是目前为止最具有发展前景的,最有可能成为锂离子动力电池的制作材料。本论文采用静电纺丝技术合成三元正极材料LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，并研究烧结温度对阳离子混排的影响，通过X射线粉末衍射(XRD)、循环伏安法(CV)、电化学工作站对所得的样品的结构和形貌进行了表征，并对材料的电化学性能进行测试。

关键词： 三元材料 阳离子混排 锂离子电池 LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂

Discuss the relevance of sintering temperature

ABSTRACT

Ternary is one of the positive pole materials applying to the batt- ery.After discovering lithium battery,people are always cosidering how to improve existing battery standard and reform existing battery materials.As a significant part of lithium batteries, the positive pole material is a decisive factor about battery function.Therefore,Ternary positve material is full of development prospect and possibility to become manufacture material of the lithium-ion battery.This paper use electr- ospinning technique to combine Ternary positive pole materials such as LiNi1,3Co1,3Mn1 and 3O2.Besides,the paper discuss the relevance of sintering temperature and cation mixed discharge by XRD,CV.Above all, electrochemistry workstation make a characterization about the structure and model of the sample,and its electrochemistry performance.

Key words:Ternary; Cation mixed discharge; Lithium-ion Battery; LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2锂离子电池正极材料 2

1.2.1三元材料： 2

1.2.2钴酸锂： 2

1.2.3锰酸锂： 3

1.2.4磷酸铁锂： 3

1.3三元材料： 4

1.3.1三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构： 5

1.3.2三元材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的制备： 5

1.3.3静电纺丝技术： 7

1.3.4阳离子混排介绍: 8

1.3.5阳离子混排的表征 8

1.3.6 阳离子混排的一些改善方法介绍： 9

第二章 实验 11

2.1实验原料 11

2.2实验器材 12

2.3试验过程： 12

2.3.1配置溶液及静电纺丝： 13

2.3.2烧结： 14

2.3.3涂膜 15

2.3.4制作电池： 15

第三章 测试与结论： 16

3.1 循环伏安法： 16

3.2 扫描电子显微镜分析 17

3.3电化学性能测试： 18

3.4 X射线粉末衍射（XRD） 18

结论与展望： 21

4.1结论 21

4.2展望 21

参考文献 22

第一章 绪论

1.1 引言

随着人类文明，科学的不断发展。人类已经离不了电力这项基本能源，无论在生活中，还是工作中，停电都是一项让人头疼的事。所以人们开始想办法把电力储存起来。最早的电荷储存设备是1746年莱顿大学的马森布罗克发明的“莱顿瓶”。之后再1799年，伏特把一块锌板和一块锡板浸在盐水里，发现连接两块金属的导线中有电流通过。于是，他就把许多锌片与银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸片，平叠起来。用手触摸两端时，会感到强烈的电流刺激。伏特用这种方法成功地制成了世界上第一个电池──“伏特电堆”。直到1836年，英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良。他使用稀硫酸作电解液，解决了电池极化问题，制造出第一个不极化，能保持平衡电流的锌─铜电池此后，这些电池都存在电压随着使用时间延长而下降的问题。又由于这种电池能充电放电反复循环，所以人们又称之为“蓄电池”。

通过不断的改良，在今天，电池已经是人们在生活中必不可少的物品之一。每个手机，每台笔记本电脑，其内部已经离不了电池。甚至在未来，电力汽车也是汽车业的发展趋势，电池的研究对各行各业都会产生巨大的影响。

而这么多电池中，锂离子电池现已应用于各类手机笔记本等，已经成为了应用范围最广的电池。它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li 从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。

1.2锂离子电池正极材料

锂离子电池由正极，隔膜，负极，有机电解溶液，电池外壳五个部分组成。而其中锂离子电池的正极材料多种多样，且正极材料的性质成本也直接决定了锂离子电池的性质成本，所以在锂离子电池中，正极材料是其最重要的组成部分，也是人们投入研究最多的部分。

锂离子电池的正极材料，现在常见的主要有4种：

1.2.1三元材料：

三元材料作为锂电池正极材料相对其他而言，有相当良好的成本优势，较低的成本大大增加了它的普及率^[1]。而目前三元材料市场上流通量最大的是532型，其次为111型，在目前的4.2V电压下，如果层状结构很完整的话，111型的克容量可以接近160mAh/g；532型的可以接近170mAh/g。但是限于合成工艺，目前中低端的111型只有140-145mAh/g左右的克容量，而532型一般在153-158mAh/g之间^[2]。

1.2.2钴酸锂：

钴酸锂由于具有生产工艺简单和电化学性能稳定等优势，所以最先实现商品化。同时由于钴酸锂具有工作电压高、充放电电压平稳，适合大电流充放电，比能量高、循环性能好等优点，在需要小型充电电池的领域中具有重要应用^[3]。钴酸锂正极材料的缺点是价格昂贵，实际比容量仅为其理论容量的274mAh/g的50%左右;钴酸锂的循环寿命已达到1000次，但仍有待于进一步提高;此外钴酸锂的抗过充电性能较差，在较高充电电压下比容量迅速降低。目前中国的钴酸锂主要是中粒径为10-12微米的产品，各主要锂电正极材料企业也纷纷推出了中粒径在15-18微米的产品，预计钴酸锂会向高压实和高安全性的方向发展^[4]。

1.2.3锰酸锂：

与钴酸锂和镍酸锂相比，锰酸锂具有安全性好、耐过充性好、原料锰的资源丰富、价格低廉及无毒性等优点，是很有发展前途的一种正极材料^[5]。层状锰酸锂用作锂离子电池正极材料的缺点是虽然容量很高，但在高温下不稳定，而且在充放电过程中易向尖晶石结构转变，导致容量衰减过快。锰酸锂在中国市场的使用还主要定位在小型电池领域，无法应用于高端领域，更不能完全取代钴酸锂材料在小型锂电的地位^[6]。经过多年的研究，锰酸锂材料的性能得到了较大的改善，2007-2008年，国内已有多数企业已经开始稳定批量地使用锰酸锂，锰酸锂主要与钴酸锂掺混使用于低端的钢壳电池上，或者单独用于动力电池。目前国内锰酸锂企业包括大型的正极材料生产企业都在积极的开发高温循环改善的锰酸锂材料。

1.2.4磷酸铁锂：

随着动力电池的发展，国内厂家大多倾向于采用磷酸铁锂材料^[7]。它是一类新型的锂离子电池用正极材料。该类材料具有高的能量密度、低廉的价格、优异的安全性等特点，特别适用于动力电池。它的出现是锂离子电池材料的一项重大突破，现已成为各国竞相研究的热点。目前磷酸铁锂被认为是最有发展前途的动力电池正极材料。目前国内实现磷酸铁锂批量生产的企业有60多家，年产能3800吨。由于磷酸铁锂生产技术门槛很高，大多数生产厂商在批量生产时产品的稳定性难以保证。它的缺点是电阻率较大，电极材料利用率低^[8]。因此研究工作主要集中在解决其导电率问题上。此外磷酸铁锂的专利问题也是其产业过程中的一个需要解决的问题。

表1.1 各种正极材料的特性表

1.3三元材料：

三元材料(NMC)实际上是综合了LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2三种材料的优点，由于Ni 、Co和Mn之间存在明显的协同效应，因此NMC的性能好于单一组分层状正极材料，而被认为是最有应用前景的新型正极材料之一^[9]。

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