溶胶胶凝胶法制备氧化镍负极材料研究【字数：10316】
学会利用具有高功率、高能量密度的可充电锂离子电池作为电动车动力的能源，是有效减少环境污染的理想方法之一。NiO具有较高的理论比容量、价格便宜、原料丰富，一直以来是公认的最具潜力的锂离子负极材料之一。本论文以硝酸盐为原料，柠檬酸为络合剂，以氨水调节pH值，采用溶胶凝胶法制备均匀的NiO复合粉体，再通过煅烧使之成为致密的块体，形成烧结体。通过MATLAB软件分析出柠檬酸对镍离子的络合情况。通过XRD、SEM测试分析了产物的物相组成及其微观结构的特征。实验数据表明，溶液pH值在酸性条件下，并且CA/M=1.5，CA/M=2时都能充分络合，在这之中，CA/M=1.5时，电池的电化学性能最佳。
目录
1. 绪论 1
1.1锂离子电池的简介 1
1.1.1锂离子电池的概述 1
1.1.2锂离子电池的基本原理 2
1.1.3锂离子电池的特点 2
1.1.4锂离子电池负极材料应该具备的特点 2
1.2锂离子电池的发展及其现状 3
1.2.1锂离子电池的历史发展 3
1.2.2锂离子电池的研究现状以及存在的问题 3
1.2.3锂离子电池负极材料的发展以及本论文的研究 4
2. 实验研究方法 5
2.1 原料与试剂 5
2.2 实验仪器与设备 5
2.3 实验方案 5
2.3.1 NiO凝胶态复合粉体的前驱体的络合分析 6
2.3.2 NiO凝胶态复合粉体的前驱体制备的工艺流程 11
2.3.3 材料的表征 12
3. 实验结果分析 14
3.1 XRD图谱分析 14
3.2 产物的形貌分析 15
3.3 变倍率充放电性能分析 16
4. 结论 19
参考文献 20
致谢 21
1. 绪论
1.1锂离子电池的简介
1.1.1锂离子电池的概述
锂电池最早出现于1958年，20世纪70年代进入实用化。20世纪80年代锂离子电池的研究开始流行，日益发展。锂离子电池产品的品种和产量不断增加正 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
是因为锂离子电池在电子产品领域应用广泛。各种正极材料，负极材料，电解质材料都有许多研究。1994年之后产量显著提高。如表11所示，发展相当迅速[1]。
表11 1994年~2003年世界锂离子电池的产量及增长率
/
现如今，铅酸电池和锂离子电池是两种较为常见的储能装置。铅酸电池具有很长的历史，曾经在车辆和重型机械上被广泛应用，一度牢牢占据中国电动车的大市场。因为它成本低、可回收、技术完善等。但是铅酸电池也有很多缺陷。比如循环寿命有限，电池中的电解液中硫酸容易泄露带来安全隐患，比容量不高，体积重量过大等缺点难以符合电动汽车和车载电池对于电池性能的要求。而相对于铅酸电池，锂离子电池则具有较大的能量密度，好的循环性能，开路电压高等特点[2]。
随着时代发展，可移动电子设备日益增多，对于可移动电子设备，锂离子电池最大的优点就是能在短时间内存储大量能量。伴随着技术的提高锂离子电池性能逐步提高，生产成本减少，开始占据市场主导地位。与此同时，对电极材料的性能要求也越来越严格。提高比容量，延长循环寿命，降低生产成本是今后锂离子电池的主要发展目标。
1.1.2锂离子电池的基本原理
/
图1.1锂离子电池的工作原理示意图
锂离子电池的本质是浓差电池，不同的两类锂离子嵌入化合物充当正负极，扩散通道为电解液。反应过程中，锂离子在正负极间的嵌入和脱出实现能量的存储与释放。这中脱嵌反应过程一般仅会导致正负极材料间的层距变化，对其晶体结构没有影响。
锂离子电池的基本工作原理如图1.1所示。充电时，正负极之间的电势差使锂离子从正极材料的晶格中脱出，使得其处于贫锂状态。脱出的锂离子在浓度差的驱动下经过电解液和隔膜扩散到负极材料表面。锂离子得到电子还原成金属锂嵌入负极材料晶格中，使得负极呈现富锂状态。放电时刚好相反。整个过程中，由于电解液和隔膜的绝缘性，电子经过外部导线参与电化学反应而不随锂离子一起在正负极间移动[3]。
1.1.3锂离子电池的特点
锂离子电池作为二次电池与传统电池相比具有以下优点[45]：
循环性能优越。充放电在连续不断的情况下可达1200圈。在此情况下仍能保持额定容量的60%。节约资源，能长期使用。
使用的温度范围宽。锂离子电池的正常工作电压是其他电池的3倍。温度在20~60oC内仍然可以正常使用。
安全度高。快速充放电不会发生危险。
质量轻，体积小，具有较高的比容量。
没有记忆效应。可随时进行充放电。
1.1.4锂离子电池负极材料应该具备的特点
锂离子电池的负极材料对锂离子电池的性能起着至关重要的作用。因为作为锂离子脱嵌的主体，锂离子负极材料应该具备以下几个特点[6]。
为了确保有较大的比容量，需要能提供较多的锂离子嵌入位点。
为了确保具有好的循环性能，在整个锂离子脱嵌过程中，负极材料要保持结构的稳定。
为了有利于容量的提升，嵌锂点位需要低一些，来确保较高的输出电压。
为了确保大电流充放电性能，要有良好的电子，离子电导率。
材料也应该拥有良好的热稳定性和化学稳定性，能与电解质形成稳定的SEI膜。
材料价格相对低廉，具有环境友好性和资源节约性。
1.2锂离子电池的发展及其现状
1.2.1锂离子电池的历史发展
锂电池的研究源自20世纪50年代以金属锂作为负极材料，MnO2 等为正极的锂一次电池。十余年以后，锂一次电池慢慢被锂二次电池取代。负极材料的首选仍然是金属锂。究其原因，锂具有最小的相对原子质量以及最负的标准电极电势，并且有着较高的质量比容量。对于锂电池实现较高能量密度的目标十分有利。但是金属锂极为活泼，在充放电的过程中，锂离子经常不均匀沉淀。导致电极表面“枝晶”现象十分明显[7]。极易导致薄膜刺穿带来巨大的安全隐患。锂电池前期发展的瓶颈可想而知。20世纪80年代， 日本索尼公司率先开发出嵌入式锂离子负极材料实现锂离子电池的产业化。石油焦炭和石墨作为负极材料，无毒且资源充足。锂离子嵌入碳中，解决了锂的高活性带来的传统锂电池的安全问题。在充放电过程中，Li+在正负极之间可逆传输和脱嵌。正负极材料均为层状化合物，充放电过程中，电池反应简单，副反应少，充放电性能和寿命均有显著提高。商业化发展越来越显著。
目录
1. 绪论 1
1.1锂离子电池的简介 1
1.1.1锂离子电池的概述 1
1.1.2锂离子电池的基本原理 2
1.1.3锂离子电池的特点 2
1.1.4锂离子电池负极材料应该具备的特点 2
1.2锂离子电池的发展及其现状 3
1.2.1锂离子电池的历史发展 3
1.2.2锂离子电池的研究现状以及存在的问题 3
1.2.3锂离子电池负极材料的发展以及本论文的研究 4
2. 实验研究方法 5
2.1 原料与试剂 5
2.2 实验仪器与设备 5
2.3 实验方案 5
2.3.1 NiO凝胶态复合粉体的前驱体的络合分析 6
2.3.2 NiO凝胶态复合粉体的前驱体制备的工艺流程 11
2.3.3 材料的表征 12
3. 实验结果分析 14
3.1 XRD图谱分析 14
3.2 产物的形貌分析 15
3.3 变倍率充放电性能分析 16
4. 结论 19
参考文献 20
致谢 21
1. 绪论
1.1锂离子电池的简介
1.1.1锂离子电池的概述
锂电池最早出现于1958年，20世纪70年代进入实用化。20世纪80年代锂离子电池的研究开始流行，日益发展。锂离子电池产品的品种和产量不断增加正 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
是因为锂离子电池在电子产品领域应用广泛。各种正极材料，负极材料，电解质材料都有许多研究。1994年之后产量显著提高。如表11所示，发展相当迅速[1]。
表11 1994年~2003年世界锂离子电池的产量及增长率
/
现如今，铅酸电池和锂离子电池是两种较为常见的储能装置。铅酸电池具有很长的历史，曾经在车辆和重型机械上被广泛应用，一度牢牢占据中国电动车的大市场。因为它成本低、可回收、技术完善等。但是铅酸电池也有很多缺陷。比如循环寿命有限，电池中的电解液中硫酸容易泄露带来安全隐患，比容量不高，体积重量过大等缺点难以符合电动汽车和车载电池对于电池性能的要求。而相对于铅酸电池，锂离子电池则具有较大的能量密度，好的循环性能，开路电压高等特点[2]。
随着时代发展，可移动电子设备日益增多，对于可移动电子设备，锂离子电池最大的优点就是能在短时间内存储大量能量。伴随着技术的提高锂离子电池性能逐步提高，生产成本减少，开始占据市场主导地位。与此同时，对电极材料的性能要求也越来越严格。提高比容量，延长循环寿命，降低生产成本是今后锂离子电池的主要发展目标。
1.1.2锂离子电池的基本原理
/
图1.1锂离子电池的工作原理示意图
锂离子电池的本质是浓差电池，不同的两类锂离子嵌入化合物充当正负极，扩散通道为电解液。反应过程中，锂离子在正负极间的嵌入和脱出实现能量的存储与释放。这中脱嵌反应过程一般仅会导致正负极材料间的层距变化，对其晶体结构没有影响。
锂离子电池的基本工作原理如图1.1所示。充电时，正负极之间的电势差使锂离子从正极材料的晶格中脱出，使得其处于贫锂状态。脱出的锂离子在浓度差的驱动下经过电解液和隔膜扩散到负极材料表面。锂离子得到电子还原成金属锂嵌入负极材料晶格中，使得负极呈现富锂状态。放电时刚好相反。整个过程中，由于电解液和隔膜的绝缘性，电子经过外部导线参与电化学反应而不随锂离子一起在正负极间移动[3]。
1.1.3锂离子电池的特点
锂离子电池作为二次电池与传统电池相比具有以下优点[45]：
循环性能优越。充放电在连续不断的情况下可达1200圈。在此情况下仍能保持额定容量的60%。节约资源，能长期使用。
使用的温度范围宽。锂离子电池的正常工作电压是其他电池的3倍。温度在20~60oC内仍然可以正常使用。
安全度高。快速充放电不会发生危险。
质量轻，体积小，具有较高的比容量。
没有记忆效应。可随时进行充放电。
1.1.4锂离子电池负极材料应该具备的特点
锂离子电池的负极材料对锂离子电池的性能起着至关重要的作用。因为作为锂离子脱嵌的主体，锂离子负极材料应该具备以下几个特点[6]。
为了确保有较大的比容量，需要能提供较多的锂离子嵌入位点。
为了确保具有好的循环性能，在整个锂离子脱嵌过程中，负极材料要保持结构的稳定。
为了有利于容量的提升，嵌锂点位需要低一些，来确保较高的输出电压。
为了确保大电流充放电性能，要有良好的电子，离子电导率。
材料也应该拥有良好的热稳定性和化学稳定性，能与电解质形成稳定的SEI膜。
材料价格相对低廉，具有环境友好性和资源节约性。
1.2锂离子电池的发展及其现状
1.2.1锂离子电池的历史发展
锂电池的研究源自20世纪50年代以金属锂作为负极材料，MnO2 等为正极的锂一次电池。十余年以后，锂一次电池慢慢被锂二次电池取代。负极材料的首选仍然是金属锂。究其原因，锂具有最小的相对原子质量以及最负的标准电极电势，并且有着较高的质量比容量。对于锂电池实现较高能量密度的目标十分有利。但是金属锂极为活泼，在充放电的过程中，锂离子经常不均匀沉淀。导致电极表面“枝晶”现象十分明显[7]。极易导致薄膜刺穿带来巨大的安全隐患。锂电池前期发展的瓶颈可想而知。20世纪80年代， 日本索尼公司率先开发出嵌入式锂离子负极材料实现锂离子电池的产业化。石油焦炭和石墨作为负极材料，无毒且资源充足。锂离子嵌入碳中，解决了锂的高活性带来的传统锂电池的安全问题。在充放电过程中，Li+在正负极之间可逆传输和脱嵌。正负极材料均为层状化合物，充放电过程中，电池反应简单，副反应少，充放电性能和寿命均有显著提高。商业化发展越来越显著。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/yyhx/125.html
