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《鋰電碩士開題報告趙陽》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、開題報告題目：鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備及電化學性能研究院系名稱：化學化工學院專業(yè)：化學學生姓名：趙陽學號：20139167指導老師：曹曉雨職稱：副教授2014年11月8日鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的制備及電化學性能研究一、本課題研究的目的和意義隨著現代社會的快速發(fā)展，能源的消耗也急劇增加，目前全世界己探明的化石燃料(煤、石油、天然氣)的貯量在不久以后將會枯竭，面對嚴峻的能源短缺形式，探索新型的能源模式已成為21世紀必須解決的重大課題[1]。目前人類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、天然氣)和可再生的太陽能、核能
2、、風能、潮汐能、地熱、生物能、海洋能等以及通過一次能源經過加工轉換以后得到的二次能源中的電能、煤氣、汽油、液化石油氣、酒精、沼氣、蒸汽、氫能源等。而如何使這些新能源轉化成人類可以直接利用的能源呢?其中的一些能源轉化則是依靠新能源材料，新能源材料是指能實現能源的最大化轉化的過程中所用到得一些無機材料和有機材料，目前主要是以電池材料為代表的化學材料等，由此可見電池材料在實現能源轉化過程中占有重要的地位。電池材料的最大特點是在提供能源的高效率轉化時，由于自身的優(yōu)點能實現清潔生產和消耗，即能充分實現最佳原子利用率，實現原料的“零排放”，從而能減少對原材料的損
3、耗，達到最優(yōu)化的利用地球上有限的自然資源，實現社會的和諧發(fā)展。由此可見電池材料對解決今后的能源危機及其目前所造成的環(huán)境污染起著關鍵的作用，而鋰離子電池則是能實現高效能量儲存與能源轉換的最佳材料而得到社會的認可,是新型化學電源，具有高電壓、高能量、體積小、內阻小、自放電小、循環(huán)壽命長、無記憶效應等特點[2-5]。鋰離子電池自上世紀90年代問世以來，因其卓越的性能迅速占領了許多應用領域，像大家熟知的手機、筆記本電腦、小型攝像機等產品的電源，而后又積極地滲透到其他領域，如電動交通工具、空間技術和國防工業(yè)等重大領域。美國著名的巴特爾研究所己把先進電池和燃料電
4、池列為2020年十大關鍵技術。可見電池產業(yè)作為促進全球信息經濟、綠色能源和環(huán)境友好的一個可行性方案，在技術、生產、市場上將獲得長足的發(fā)展，即將形成一個全球性的支柱型產業(yè)。另外，中國是貧油的國家，從長遠的國家戰(zhàn)略來看，傳統化石燃料等礦物能源將會很快枯竭，能源短缺的形式將更為嚴峻，因此促使鋰離子電池的穩(wěn)定快速的發(fā)展，使之成為一種產業(yè)化的新的能源模式具有重大的戰(zhàn)略意義。二、鋰離子電池工作原理鋰離子電池是指用兩個可逆的嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構成的二次電池。鋰離子電池主要由正極、負極、電解質和隔膜組成，其實質是鋰離子濃度差電池:充電時，鋰離子從正極
5、化合物中脫出并嵌入負極晶格，正極處于貧鋰態(tài);放電時，鋰離子從負極脫出并插入正極，正極處于富鋰態(tài)[6]。在充放電過程中，鋰離子在正極和負極之間來回的遷移，所以鋰離子電池被形象的稱為“搖椅式電池”。在此過程中，由于鋰離子在正、負極材料中有相對固定的空間和位置，因此電池充放電反應的可逆性良好，從而保證了電池的長循環(huán)壽命和工作安全性能。商業(yè)化的鋰離子電池主要采用具有插層結構的過渡族金屬氧化物作為正極材料，而負極材料主要是具有層狀結構的碳材料，隔膜一般采用具有微細孔的聚烯有機高分子隔膜，電解質由導電鹽溶質和有機溶劑構成。二、鋰離子電池正極材料鎳鈷錳酸鋰的發(fā)展層
6、狀結構的LiCoO2由于易于制備、具有較高的比容量、較好的循環(huán)性能和倍率性能而最早成為大批商品化用于市場的鋰離子電池正極材料，其理論容量高達274mAh/g,但實際容量只有130-140mAh/g，且由于鉆資源匿乏，價格昂貴，毒性較大等一系列因素而發(fā)展被受到制約。LiNiO2和LiMnO2被認為是LiCoO2的極佳替代品。LiNiO2有著比容量高、成本低廉的優(yōu)點，但其合成比較困難，很難合成準確化學計量比的材料，且電化學綜合性能不穩(wěn)定，特別是熱穩(wěn)定性能不好;而正交LiMnO2系統為巖鹽結構的層狀結構，該結構比尖晶石結構更易于鋰離子的脫嵌，擴散系數更大，
7、可顯著提高材料容量。但該結構在熱力學上是處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，在充放電過程中會發(fā)生層狀結構與尖晶石結構間的相轉變會影響埋離子的脫嵌。因此，尋找新的能夠在成本和綜合電化學性能上達到平衡的層狀結構的鋰離子電池化合物材料，是鋰離子電池學術界研究的熱點和難點問題。21世紀初T.Ohzuku等人首次以Ni,Mn的氫氧化物(nNi:nMn=1.02:0.98)CoC03,LiOH·H2O為原料合成的新型正極材料LiNi1/3C01/3Mn1/3O2以其成本低、比容量高、循環(huán)性能優(yōu)良等優(yōu)點引起了研發(fā)者濃厚的興致。近年來，Li[Ni-Co-Mn]O2正極材料被認為是LiC
8、oO2,LiMnO2,LiNiO2這3種層狀鋰離子電池的固溶體，綜合了這三種材料的性能優(yōu)點，即LiCoO2的
