锂离子电池开题报告

1武汉理工大学本科毕业论文（设计）开题报告题目锂离子电池正极材料Li2MnO3的掺杂改性院、系材料科学与工程研究院专业无机非金属材料科学与工程10级学生姓名马娟学号0121001040227指导教师郝华21、研究背景锂离子电池是20世纪70年代以后发展起来的一种新型储能电池。由于其具有高能量、寿命长、低能耗、无公害、无记忆效应以及自放电小、内阻小、性价比高、污染少等优点，锂离子电池在逐步应用中显示出巨大的优势，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动汽车、储能、航天等领域。特别是新能源汽车的开发与应用，要求具有高比能量的锂离子电池，而传统的正极材料难以满足能量密度的需要，因此迫切需要开发新型高比容量的锂离子电池正极材料。高比容量，绿色环保，以及价格便宜都将是锂离子电池必不可少的因素。正极材料作为整个电池的重要组成部分，直接影响电池的使用性能和制造成本。近年来锂离子电池电极材料的研究和开发一直受到社会的广泛关注，其中正极材料的研究是对锂离子蓄电池研究和开发有着重要的价值。目前使用的正极材料主要有Li2CoO2，LiNi0.9Co0.lO2。由于钴价格较锰将近贵到40倍，若将资源丰富、价格便宜、对环境污染小的锰用于阳极材料取代现在的钴,将会带来很大的经济效益。层状结构Li2Mn03基正极材料以其理论容量高，环境友好以及原料价格便宜等优势得到广泛关注。但该材料体系电导率低，制约了它的进一步应用。制备正极材料的方法很多，而溶胶凝胶法由于其特有的优点备受关注。溶胶凝胶法在配位化合物、纳米材料、金属簇合物的合成中已经得到了广泛的应用。一般的合成方法中均采用两种或者两种以上的配合剂，将采用配合物低分子基团柠檬酸，且该物质对人体无害,目的在于减少有机物用量和环境污染,同时具有溶胶凝胶法合成材料的优点。32、文献综述国内外对锂离子电池的研究进行了很长时间，锂离子电池也得到了广泛的应用，主要正极材料是Li2CoO2。锂锰氧化物首要的问题是容量的衰减,大多数的研究工作趋向于在层状尖晶石Li2Mn03中添加其它杂质离子,如Co、Ni、Fe、和Mg形成LiMn2-xMxO4(分子式中M:Co、Ni、Fe、和Mg),以减缓容量的衰减。虽然这可改善其循环特性,但却会引起容量的降低。在正常的充电范围内（2.0～4.4V）,Li2Mn03呈现电化学惰性。将Li2Mn03用酸处理后进行电化学性能测试，发现酸化后的Li2Mn03由Li2Mn03相和尖晶石结构相混合组成，从而具有一定的电化学活性。近年研究又发现，当电压提高到4.8V时，Li2Mn03也具有电化性。目前的研究主要集中在由Li2Mn03与层状材料LiM02形成的固溶体材料上。Li2Mn03与其他层状氧化物材料复合，得到的复合材料当充电到4.8V高压时，展示了超过300AH/g的初始放电比容量，展示了Li2Mn03基正极材料良好的发展前景。3、目地和意义Li2Mn03基正极材料有着优异的电化学性能，是有希望满足未来锂离子电池发展的正极材料之一。材料的导电率低而导致其倍率性能较差的缺点制约着它的发展，减小材料颗粒粒径改善正极材料倍率性能的有效办法。但目前关于纳米尺度Li2Mn03基正极材料的研究较少。合成方法和反应条件对材料结构、性能影响很大，因此寻求合适的合成工艺并优化合成工艺以得到小尺度Li2Mn03基正极材料具有重要意义。4、实施计划44.1研究内容、研究方法凝胶燃烧法也叫低温燃烧合成法，材料的合成过程中将可溶性金属盐（主要是硝酸盐）与燃料（如尿素、柠檬酸等）溶于水中加热至燃烧，从而合成氧化物或氧化物粉体。该法基于氧化-还原原理，以硝酸盐（硝酸根离子）为氧化剂，燃料为还原剂。合成过程中凝胶的形式使得阳离子达到原子级的均匀混合，利用该法易于合成多组元纳米级氧化物分体。凝胶燃烧法已被用于其他材料的制备，但用于制备Li2Mn03基正极材料报道较少。通过对合成材料测试结果的分析得到优化的制备条件，得到尺寸较小、电化学性能较优Li2Mn03基材料。运用凝胶燃烧法，以硝酸盐为原料，以柠檬酸为燃料，合成纳米尺度的纯相Li2Mn03，通过改变掺杂物质的含量，合成温度，保温时间，研究这些因素对产物结构以及形貌的影响。将合成的掺有F，Bi的Li2MnO3作为锂离子电池正极材料组装成电池，测试其电化学性能，寻找锂离子电池正极材料Li3MnO4在氟和掺杂后的最佳合成条件以及氟和铋的最佳掺量。合成Li2MnO3-xFx，Li2Mn1-yBiyO3正极材料，表征其晶体和显微结构，并组装电池测试其电化学性能，分析结构与性能的关系。4.2时间安排第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，确定方案，完成开题报告；第4－8周：柠檬酸盐法合成锂离子电池正极材料Li2MnO3，通过改变掺杂物质的含量，合成温度，保温时间，研究这些因素对产物结构以及形貌的影响；第9－13周：将合成的掺有F，Bi的Li2MnO3作为锂离子电池正极材料5组装成电池，测试其电化学性能，寻找锂离子电池正极材料Li2MnO3在氟和掺杂后的最佳合成条件以及氟和铋的最佳掺量；第14－15周：完成并修改毕业论文；第16周：准备论文答辩。5参考文献[1]S.FrancisAmalraj.Studyoftheelectrochemicalbehaviorofthe“inactive”Li2MnO3[J].ElectrochimicaActa,2012,78:32~39[2]JianmingZheng1,XiaobiaoWu,YongYan.ImprovedelectrochemicalperformanceofLi[Li0.2Mn0.54Ni0.13Co0.13]O2cathodematerialbyfluorineincorporation[J].ElectrochimicaActa,2013,105:200~208[3]李超，樊彦良.Bi3+掺杂尖晶石型LiMn2O4的合成及性能研究[J]．化工新型材料，2006，34(9)：8~11[4]吴宇平.锂离子电池-应用于实践[M].北京：化工业出版社，2012.[5]廖春发，郭守玉，陈辉煌.锂离子电池正极材料的制备研究现状[J].江西有色金属，2003，17(2):34-38.[6]郑雪萍，刘胜林，曲选辉.锂离子电池正极材料的研究现状[J].稀有金属与硬质合金，2005，33（3）：42-46.[7]吴宇平.锂离子-二次电池[M].化学工业出版社，2002.[8]刘怡，徐融冰，张卫新，等.纳米结构Li2MnO3电极材料的合成与电化学性能表征[J].中国有色金属学报，2005，15（1）：441-445.[9]姚兰.锂离子Li2MnO3基正极材料的制备与研究改性[J].2012.[10]王琦.锂离子模拟电池组装手册[J].锂电资讯，2010，31.[11]刘金练.固相法合成尖晶石LiMn2O4及改性研究[J].2012.[12]K.M.Tsang,W.L.Chan.Asimpleandlow-costchargerforlithium-ionbatteries[J].JournalofPowerSources,2009,191:6633-635.[13]郭炳焜,徐徽,王先友,等.锂离子电池[M].中南大学出版社,2002,5(34):102-103.[14]王海明,郑绳楦,刘兴顺.锂离子电池的特点及应用[J].电气时代,2004,3:131-133.[15]陈小丽,武国剑.锂离子电池正极材料LiNil/3Co1/3Mnl/3O2的研究进展[J].金属功能材料,2009,16(1):54-58.