锂电硕士开题报告赵阳

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1、开题报告题目：锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备及电化学性能研究院系名称：化学化工学院专业：化学学生姓名：赵阳学号：20139167指导老师：曹晓雨职称：副教授2014年11月8日锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的制备及电化学性能研究一、本课题研究的目的和意义随着现代社会的快速发展，能源的消耗也急剧增加，目前全世界己探明的化石燃料(煤、石油、天然气)的贮量在不久以后将会枯竭，面对严峻的能源短缺形式，探索新型的能源模式已成为21世纪必须解决的重大课题[1]。目前人类可以利用的能源主要包括一次能源中不可再生的化石燃料(煤、石油、天然气)和可再生的太阳能、核能

2、、风能、潮汐能、地热、生物能、海洋能等以及通过一次能源经过加工转换以后得到的二次能源中的电能、煤气、汽油、液化石油气、酒精、沼气、蒸汽、氢能源等。而如何使这些新能源转化成人类可以直接利用的能源呢?其中的一些能源转化则是依靠新能源材料，新能源材料是指能实现能源的最大化转化的过程中所用到得一些无机材料和有机材料，目前主要是以电池材料为代表的化学材料等，由此可见电池材料在实现能源转化过程中占有重要的地位。电池材料的最大特点是在提供能源的高效率转化时，由于自身的优点能实现清洁生产和消耗，即能充分实现最佳原子利用率，实现原料的“零排放”，从而能减少对原材料的损

3、耗，达到最优化的利用地球上有限的自然资源，实现社会的和谐发展。由此可见电池材料对解决今后的能源危机及其目前所造成的环境污染起着关键的作用，而锂离子电池则是能实现高效能量储存与能源转换的最佳材料而得到社会的认可,是新型化学电源，具有高电压、高能量、体积小、内阻小、自放电小、循环寿命长、无记忆效应等特点[2-5]。锂离子电池自上世纪90年代问世以来，因其卓越的性能迅速占领了许多应用领域，像大家熟知的手机、笔记本电脑、小型摄像机等产品的电源，而后又积极地渗透到其他领域，如电动交通工具、空间技术和国防工业等重大领域。美国著名的巴特尔研究所己把先进电池和燃料电

4、池列为2020年十大关键技术。可见电池产业作为促进全球信息经济、绿色能源和环境友好的一个可行性方案，在技术、生产、市场上将获得长足的发展，即将形成一个全球性的支柱型产业。另外，中国是贫油的国家，从长远的国家战略来看，传统化石燃料等矿物能源将会很快枯竭，能源短缺的形式将更为严峻，因此促使锂离子电池的稳定快速的发展，使之成为一种产业化的新的能源模式具有重大的战略意义。二、锂离子电池工作原理锂离子电池是指用两个可逆的嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。锂离子电池主要由正极、负极、电解质和隔膜组成，其实质是锂离子浓度差电池:充电时，锂离子从正极

5、化合物中脱出并嵌入负极晶格，正极处于贫锂态;放电时，锂离子从负极脱出并插入正极，正极处于富锂态[6]。在充放电过程中，锂离子在正极和负极之间来回的迁移，所以锂离子电池被形象的称为“摇椅式电池”。在此过程中，由于锂离子在正、负极材料中有相对固定的空间和位置，因此电池充放电反应的可逆性良好，从而保证了电池的长循环寿命和工作安全性能。商业化的锂离子电池主要采用具有插层结构的过渡族金属氧化物作为正极材料，而负极材料主要是具有层状结构的碳材料，隔膜一般采用具有微细孔的聚烯有机高分子隔膜，电解质由导电盐溶质和有机溶剂构成。二、锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂的发展层

6、状结构的LiCoO2由于易于制备、具有较高的比容量、较好的循环性能和倍率性能而最早成为大批商品化用于市场的锂离子电池正极材料，其理论容量高达274mAh/g,但实际容量只有130-140mAh/g，且由于钻资源匿乏，价格昂贵，毒性较大等一系列因素而发展被受到制约。LiNiO2和LiMnO2被认为是LiCoO2的极佳替代品。LiNiO2有着比容量高、成本低廉的优点，但其合成比较困难，很难合成准确化学计量比的材料，且电化学综合性能不稳定，特别是热稳定性能不好;而正交LiMnO2系统为岩盐结构的层状结构，该结构比尖晶石结构更易于锂离子的脱嵌，扩散系数更大，

7、可显著提高材料容量。但该结构在热力学上是处于亚稳定状态，在充放电过程中会发生层状结构与尖晶石结构间的相转变会影响埋离子的脱嵌。因此，寻找新的能够在成本和综合电化学性能上达到平衡的层状结构的锂离子电池化合物材料，是锂离子电池学术界研究的热点和难点问题。21世纪初T.Ohzuku等人首次以Ni,Mn的氢氧化物(nNi:nMn=1.02:0.98)CoC03,LiOH·H2O为原料合成的新型正极材料LiNi1/3C01/3Mn1/3O2以其成本低、比容量高、循环性能优良等优点引起了研发者浓厚的兴致。近年来，Li[Ni-Co-Mn]O2正极材料被认为是LiC

8、oO2,LiMnO2,LiNiO2这3种层状锂离子电池的固溶体，综合了这三种材料的性能优点，即LiCoO2的