微波辅助合成nicomn（811）三元锂电池材料【字数：9146】
摘 要电极材料的选择影响着电池的电化学性能和成本。近几年来，由于人们很大程度上在碳负极的性能上进行研究，对正极材料的研究比较少，因此人们逐渐将研究的重点放在电池的正极材料上。在人们所研究的锂离子电池的正极材料，富锂三元材料LiNixCoyMn1-x-yO2(0 < x+y < 1)具有较高的可逆容量、较好的结构稳定性和热稳定性，因此成为研究者争相研究的重点。目前合成这种材料的主流方法是共沉淀法合成三元前驱体，然后加入锂盐，采用高温固相，合成最终的产品。也有其他的合成方法，例如溶胶-凝胶法、微波法等。本实验是通过微波水热法制备前驱体，然后加入锂盐（LiOH）,最后放到管式炉在氧气氛围中中进行梯度煅烧，合成产品LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）。利用SEM、XRD等材料表征手段对所得到的样品进行形貌、晶相分析，并组装成电池，测试其电化学性能。
目录
1.前言 1
1.1 引言 1
1.2 锂离子电池的概述 1
1.2.1锂离子电池的工作原理 1
1.2.2锂离子电池的结构和组成 2
1.2.3锂离子电池的特点 3
1.2.4锂离子电池的负极材料 4
1.3 三元正极材料 5
1.3.1正极材料的简介 5
1.3.2三元富锂正极材料 6
1.4 微波水热法 8
1.4.1 微波水热法的介绍 8
1.4.2 微波水热法的特点 8
1.5 本课题研究的现状及意义 8
2.实验部分 10
2.1 实验药品及仪器 10
2.1.1实验药品 10
2.1.2实验仪器及设备 10
2.2 实验的过程 11
2.2.1 前驱体的制备 11
2.2.2 制备三元材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 11
2.2.3电池的组装 12
2.3 材料的表征方法 13
2.3.1 X射线衍射（XRD） 13
2.3.2 扫描电子显微镜（SEM） 14
2.4 电化学测试方法 14
2.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
.1 循环伏安测试（Cyclic Voltammetry） 14
2.4.2 恒流充放电测试 14
3.结果与讨论 15
3.1 SEM图分析 15
3.2 EDS分析 16
3.3 XRD分析 16
3.4 电化学性能分析 17
4.结论 19
参考文献 19
致谢 21
1.前言
1.1 引言
近几年来，随着时代的不断进步和发展，能源枯竭逐渐成为人们津津乐道地话题之一。能源可以分为常规能源和新能源。常规能源中主要包括煤、石油等，它们是在大自然中形成的，其储藏是有限的。但是在随着人们对这些常规能源无限制地开采，这些常规能源在渐渐枯竭，同时也带来了很严重的环境问题[1]。
在常规能源很难满足人们的日常需求时，人们开始找寻一种新型的移动能源和设备，它们不但储存能量、提供能量，而且还能有效地缓解环境问题。近几年来，人们工作的重点更多的放在新能源，锂离子电池也进入人们的视线中，渐渐成为研究者的研究重点，并被广泛应用于便携式电子设备中去，例如我们随身携带的移动电子设备[26]。这些应用，极大地便利了我们的生活，改变着我们的生活质量和方式。为了将其应用扩大到更广泛的范围领域，如电动汽车和静止能源储存，进一步提高能量密度和降低成本是必不可少的、有待解决的技术问题。近些年来，层状富镍锂过渡金属氧化物由于其高的比容量和相对低廉的成本，受到研究者的广泛关注。自2000年来首先提出的LiCo1x yNixMnyO2 (0 < x+y < 1) [78]的正极材料由于其在优良性能间的平衡、成本和安全，迅速渗透到商业电子产品和电动汽车的市场。对于这些正极可能被认为是LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2的固溶体，所以LiCo12xNixMnxO2[913]的综合性能在一定程度上可以通过改变过渡金属元素的比例来调节。一般说来，提高镍含量会提高其放电能力，钴含量越高，其放电率越高，锰含量越高，样品的热活性越低。
故本篇论文主要以锂离子电池的正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2为研究对象，进行了比较深入的探索。
1.2 锂离子电池的概述
1.2.1锂离子电池的工作原理
锂离子电池主要是指正极为锂离子嵌入化合物，其实质是锂离子在进行充放电的过程，它的运动轨迹很像人们生活中的摇椅，人们形象把它称之为“摇椅式电池”。锂离子电池主要是由正极活性物质、负极活性物质、SEI膜和电解液组成的。其正极一般是由含锂的过渡金属氧化物组成，比如磷酸铁锂（LiPFeO4）等；负极是指锂碳层间化合物（LixC6）等；隔膜是使锂离子能够自由通过，使其在正负极之间自由快速进行传输，而电子不能；电解液是一种有机溶剂，大部分是由六氟磷酸锂（LiPF6）加上有机溶剂配成。锂离子电池的本质是锂离子浓度差电池。其工作原理如图11所示，电池的总反应方程式如图12。
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图11 锂离子电池的构造图及其工作原理
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图12 锂离子反应的总方程式
1.2.2锂离子电池的结构和组成
锂电池的分类有不同的标准，按照外形来分类，锂离子电池可以分为圆柱形、方形、纽扣式等等。其中圆柱形的锂离子电池，其外观和内部结构如图13所示，圆柱形锂电池有多种规格（例18650,26650）。方形锂离子电池的主要部件和圆柱形的类似，标识由字母和数字组成。常用于手机的电池电芯。纽扣锂离子电池的结构比较简单，通常用于科研测试、学术研究中。薄膜式锂离子电池，因其厚度比较薄，可达微米级，通常用于微型电子设备。
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图13圆柱形锂离子电池
目录
1.前言 1
1.1 引言 1
1.2 锂离子电池的概述 1
1.2.1锂离子电池的工作原理 1
1.2.2锂离子电池的结构和组成 2
1.2.3锂离子电池的特点 3
1.2.4锂离子电池的负极材料 4
1.3 三元正极材料 5
1.3.1正极材料的简介 5
1.3.2三元富锂正极材料 6
1.4 微波水热法 8
1.4.1 微波水热法的介绍 8
1.4.2 微波水热法的特点 8
1.5 本课题研究的现状及意义 8
2.实验部分 10
2.1 实验药品及仪器 10
2.1.1实验药品 10
2.1.2实验仪器及设备 10
2.2 实验的过程 11
2.2.1 前驱体的制备 11
2.2.2 制备三元材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 11
2.2.3电池的组装 12
2.3 材料的表征方法 13
2.3.1 X射线衍射（XRD） 13
2.3.2 扫描电子显微镜（SEM） 14
2.4 电化学测试方法 14
2.4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
.1 循环伏安测试（Cyclic Voltammetry） 14
2.4.2 恒流充放电测试 14
3.结果与讨论 15
3.1 SEM图分析 15
3.2 EDS分析 16
3.3 XRD分析 16
3.4 电化学性能分析 17
4.结论 19
参考文献 19
致谢 21
1.前言
1.1 引言
近几年来，随着时代的不断进步和发展，能源枯竭逐渐成为人们津津乐道地话题之一。能源可以分为常规能源和新能源。常规能源中主要包括煤、石油等，它们是在大自然中形成的，其储藏是有限的。但是在随着人们对这些常规能源无限制地开采，这些常规能源在渐渐枯竭，同时也带来了很严重的环境问题[1]。
在常规能源很难满足人们的日常需求时，人们开始找寻一种新型的移动能源和设备，它们不但储存能量、提供能量，而且还能有效地缓解环境问题。近几年来，人们工作的重点更多的放在新能源，锂离子电池也进入人们的视线中，渐渐成为研究者的研究重点，并被广泛应用于便携式电子设备中去，例如我们随身携带的移动电子设备[26]。这些应用，极大地便利了我们的生活，改变着我们的生活质量和方式。为了将其应用扩大到更广泛的范围领域，如电动汽车和静止能源储存，进一步提高能量密度和降低成本是必不可少的、有待解决的技术问题。近些年来，层状富镍锂过渡金属氧化物由于其高的比容量和相对低廉的成本，受到研究者的广泛关注。自2000年来首先提出的LiCo1x yNixMnyO2 (0 < x+y < 1) [78]的正极材料由于其在优良性能间的平衡、成本和安全，迅速渗透到商业电子产品和电动汽车的市场。对于这些正极可能被认为是LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2的固溶体，所以LiCo12xNixMnxO2[913]的综合性能在一定程度上可以通过改变过渡金属元素的比例来调节。一般说来，提高镍含量会提高其放电能力，钴含量越高，其放电率越高，锰含量越高，样品的热活性越低。
故本篇论文主要以锂离子电池的正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2为研究对象，进行了比较深入的探索。
1.2 锂离子电池的概述
1.2.1锂离子电池的工作原理
锂离子电池主要是指正极为锂离子嵌入化合物，其实质是锂离子在进行充放电的过程，它的运动轨迹很像人们生活中的摇椅，人们形象把它称之为“摇椅式电池”。锂离子电池主要是由正极活性物质、负极活性物质、SEI膜和电解液组成的。其正极一般是由含锂的过渡金属氧化物组成，比如磷酸铁锂（LiPFeO4）等；负极是指锂碳层间化合物（LixC6）等；隔膜是使锂离子能够自由通过，使其在正负极之间自由快速进行传输，而电子不能；电解液是一种有机溶剂，大部分是由六氟磷酸锂（LiPF6）加上有机溶剂配成。锂离子电池的本质是锂离子浓度差电池。其工作原理如图11所示，电池的总反应方程式如图12。
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图11 锂离子电池的构造图及其工作原理
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图12 锂离子反应的总方程式
1.2.2锂离子电池的结构和组成
锂电池的分类有不同的标准，按照外形来分类，锂离子电池可以分为圆柱形、方形、纽扣式等等。其中圆柱形的锂离子电池，其外观和内部结构如图13所示，圆柱形锂电池有多种规格（例18650,26650）。方形锂离子电池的主要部件和圆柱形的类似，标识由字母和数字组成。常用于手机的电池电芯。纽扣锂离子电池的结构比较简单，通常用于科研测试、学术研究中。薄膜式锂离子电池，因其厚度比较薄，可达微米级，通常用于微型电子设备。
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图13圆柱形锂离子电池
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