掺杂钒酸锂做可充锂电池正极材料的研究

I题目:流变相反应法制备锂二次电池正极材料LiV3-xZnxO8摘要具有层状结构的LiV3O8具有稳定的晶体结构、低成本、高比容量、丰富的原材料以及在空气中稳定存在等特性。因此，近20年来其作为二次锂离子电池正极材料的研究受到了人们的广泛关注。本文中，采用低温下流变相法掺杂Zn来合成正极材料LiV1-xZnxO8，并对所合成材料的制备条件以及电化学性能进行研究。其主要内容为：称取不同比例的LiOH、NH4VO3和Zn（CH3COOH）2进行研磨，然后加二次蒸馏水调和成流变相于反应釜内80℃保湿6小时之后干燥12小时。研磨后中不同的温度煅烧10小时即得所需产物。通过XRD测试表明通过流变相法成功制备了LiV3-xZnxO8产物。实验表明400℃温度下加热处理10小时得到的LiV3-xZnxO8样品具有的首次放电容量达到257.4mAh/g，而且其循环性能优良，在经过30周循环以后，其比容量仍能达到236.9mAh/g。此结果说明与LiV3O8相比，LiV3-xZnxO8中放电比容量和充电性能以及循环性能上表现出了良好的优越性，使得钒酸锂作为锂电池正极材料的性能得到了明显的改善。关键词：钒酸锂掺杂，流变相反应法，锂离子电池，正极材料IITitleDopedvanadiumlithiumrechargeablelithiumbatterycathodematerialAbstractLiV3O8withlayeredstructureLiV3O8displaysthecharacteristicsstablecrystalstructure,low-cost,high-capacity,abundantrawmaterialsandstabilityintheair.Therefore,forthepast20years,ithasbeenwidespreadconcernasarechargeablelithiumionbatterycathodematerial.Inthispaper,theuseoflowtemperaturedownstreamphasemethodthedopedZntosynthesizethecathodematerialLiV1-xZnxO8andthepreparationconditions,andelectrochemicalpropertiesofthesynthesizedmaterialsresearch.Itsmaincontentsare:WeighthedifferentproportionsofLiOH,NH4VO3andZn(CH3COOH)2grinding,Thenaddtwice-distilledwatertoreconcileintoatheologicalphasewithinthereactor80℃after6hoursmoisturizingdriedfor12hours.Aftercalcinedfor10hoursatdifferenttemperatures,thedesiredproductisobtained.ByXRDtestsshowthatbytherheologicalphasewassuccessfullypreparedLiV3-xZnxO8product.Theexperimentsshowthattheheatingtreatmenttemperatureof400℃for10hourstoobtainthesampleofLiV1-xZnxO8havingtheinitialdischargecapacityreaches257.4mAh/g，Anditsexcellentcyclingperformance,afterthe30weekcycles,thespecificcapacitycouldmeetthe236.9mAh/g.ThisresultiscomparedwithLiV3O8,LiV1-xZnxO8dischargethanthecapacityandchargingperformanceandcycleperformanceshowedthesuperiorityoflithiumvanadiumoxideasalithiumbatterycathodematerialperformancehasbeensignificantlyimproved.Keywords:LithiumvanadiumoxidedopedRheologicalphasereactionmethodLithiumironbatteryCathodematerialIII目次1引言........................................................................................................................11.1锂离子电池正极材料研究进展..........................................................................11.2锂离子电池的工作原理......................................................................................31.3锂离子电池的组成研究......................................................................................52实验........................................................................................................................62.1试剂和仪器：...................................................................................................62.1.1化学试剂：....................................................................................................62.1.2实验仪器...........................................................................................................72.2材料的合成：...................................................................................................72.2.1LiV1-xZnxO8前驱体的合成...........................................................................72.2.2LiV1-xZnxO8的合成...........................................................................................72.3研究电极的制备...............................................................................................93结果与讨论.............................................................................................................93.1LiV1-xZnxO8产物的XRD图谱分析..................................................................93.2LiV1-xZnxO8产物的首次放电曲线图分析.......................................................113.3LiV3-xZnxO8产物的放电容量－循环周次图分析...........................................14结论......................................................................................................................19致谢......................................................................................................................20参考文献............................................................................................................2111引言1.1锂离子电池正极材料研究进展随着中国的快速经济发展，对电池新材料大大增加了需求，手机，笔记本电脑，数码相机，摄像机，汽车和其他产品的新的，高效的能源，节能，环保电池材料的强劲需求，中国的电池新材料市场规模不断扩大。3G手机的推广和新能源汽车大规模商业化锂离子电池正极材料的发展将带来新的机遇。因此，锂离子电池作为未来的发展方向，其正极材料的市场发展前景较好。锂离子电池的主要优点有：1、单体电池工作电压高达3.7V，是镍镉电池、镍氢电池的3倍，铅酸电池的4倍；2、锂离子电池体积比能量高达400Wh/L，体积是铅酸电池的二分之一到三分之一；3、离子电池循环次数可达1000次。以容量保持80％计，电池组100％充放电循环次数可达500次以上，使用年限可达4-6年，寿命约为铅酸电池的两到三倍；4、锂离子电池自放电率每月不到4%，而镍镉、镍氢、铅酸电池普遍高于30%；5、锂离子动力电池可在-15℃～60℃之间工作，适合低温使用，而水溶液电池（比如铅酸电池、镍氢电池）在低温时，由于电解液流动性变差会导致性能大大降低；6、锂离子电池无记忆效应，每次充电前不必像镍镉电池、镍氢电池一样需要放电，可以随时随地的进行充电；7、除了锂离子电池电压高之外，由于锂离子动力电池组的保护板能够对每一个单体电池进行高精度监测，低功耗智能管理，具有完善的过充电、过放电、温度、过流、短路保护、锁定自恢复功能以及可靠的均衡充电功能，大大的延长了电池的使用寿命；8、锂离子动力电池中几乎不存在有毒物质，因此被称为“绿色电池”，和国家重点扶持项目。而铅酸电池以及镍镉电池由于存在有害物质镉和铅，所以锂离子动力电池是电池行业的发展方向。虽然锂电锂离子电池的额定电压为3.6V（少数的是3.7V）。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关：石墨的4.2V；焦炭的4.1V。充电时要求终止充电电压的精度在±1％之内。锂离子电池的终止放电电压为2.4～2.7V（电池厂家给出工作电压范围或终止放电电压的参数略有不同）。高于终止充电电压及低于终止放电时会对电池有损害。锂离子电池正极材料具有广阔的市场，前景十分乐观。但锂电池正极材料还2存在一定的技术瓶颈，尤其是它的电容量高与安全性能强的优势还未充分发挥出来。因此还需要人们大量的研究与发展。目前研究的正极材料主要包括LiMO2(LiCoO2和LiNiO2)系统，锂锰氧化物(LiMn2O1)系统