lini0.6co0.2mn0.2o2微波水热合成及其电化学性能【字数：9757】
三元正极材料镍钴锰酸锂(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)具有性价比高、性能相比较稳定、比容量高和良好的安全性等许多特点,被认为是较具有应用性前景的三元正极材料，也是锂电池的第一选择材料。本文所研究的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（NCM622）三元正极材料通过简便的微波水热法快速合成。均匀的球形前驱体可以通过微波水热（MH）在200摄氏度时保温30分钟的条件下沉淀制备得到。然后，锂盐（NiOH）与前驱体按照1.11的比例混合，进行高温固态反应(用马弗炉在空气气氛中进行梯度焙烧)，合成NCM622。随后通过利用SEM、XRD、以及EDS等材料表征手段，对所制备的样品进行形状样貌、物质结构以及晶相的分析。最后组装电池测试其电化学性能。
目录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2锂离子电池的概述 2
1.2.1 锂离子电池的简介和工作原理 2
1.2.2锂离子电池的组成结构及优缺点 3
1.2.3锂离子电池的发展前景 4
1.3?三元正极材料 5
1.3.1?三元正极材料的优势以及分类 5
1.3.2三元正极材料在性能方面存在的问题及其产生的原因 6
1.4?本课题研究的内容和意义 8
2.实验部分 9
2.1实验的药品及仪器 9
2.1.1实验药品 9
2.1.2实验仪器及设备 9
2.2实验过程中所采用的方法及其介绍 10
2.3 三元正极材料的制备 10
2.3.1（Ni0.6Co0.2Mn0.2）CO3材料的制备 10
2.3.2 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料的制备 11
2.3.3电极的制备以及化学电池的组装 11
2.4?材料的表征方法 12
2.5电化学测试的测试方法 13
3. 结果与分析 13
3.1材料性能 13
3.1.1 XRD的分析 13
3.1.2 扫描电镜的分析 14
3.1.3EDS元素分析 15
3.2电化学性能测试分析 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
4.结语 17
参考文献 18
致谢 20
1.绪论
1.1引言
过去的近几十年来，由于工业的快速发展和进步，大量的天然气.煤炭和石油被作为能源用于工业的建设中，然后随着工业的不断前进，矿物等能源缺乏危机也越来越明显。随之而来的矿物燃料燃烧所产生的有害的气体被排放的大气中，给环境带来了很大的负担和威胁。然而像太阳能、氢能、核能、风能等一系列新型能源虽然有着巨大的潜能，但又因为它对环境的要求更高，所以也存在着巨大的挑战。因此，电化学储能在如今人们的生活生产中有着非同凡响的地位。不管是对可再生能源进行大量存储，还是对携式设备的高密度储存，都体现了如今人们对再生能源与新能源的需求更加迫切。而又由于这些新型能源发展的需要，又衍生了储能技术，比如被列为最有前途的能源储存手段之一的电化学储能。就像近年来，人们对电动汽车和移动电子设备的需求越来越大，因此对于锂离子电池的研究和应用就有了极大兴趣。就现在的市场而言，最寻常的化学电源有镉镍电池、锌锰电池和锂离子电池。近年来，由于信息时代的快速发展，人们对可充电电池有了更大需求和更高的要求，比如要求越来越大的容量和相对较小的体积，要求电池轻便化、小型化......随着社会科学的发展和人们环境保护的意识的提高，发现重有色金属中的铅、镉、汞、六价铬这些有害元素，不仅对环境有着巨大影响,还严重影响了人们的身体健康。所以，迫切要求像锂电池、燃料电池等这些新型绿色登上21世纪的舞台。对于锂离子电池的研究是从21世纪80年代开始的，1991年出现了第一个商业化的锂离子电池。自此，锂离子电池逐渐成为电子设备领域的能源解决的主要方案。锂离子电池的市场在近十年来突飞猛进，早期锂离子电池大部分技术都用于便携电子设备，之后制备出的电池也开始倾向于一些中大型设备，从而让锂离子电池在动力领域和储能领域得到了广泛地应用。那么人们就更加关注对锂电池性能的研究，把如何提高锂离子电池的性能提上研究日程，并将其与市场相结合[1]。因此，人们对于锂电池材料的前驱体制作的方法也就有了更多的尝试。
1.2锂离子电池的概述
1.2.1 锂离子电池的简介和工作原理
锂离子电池是指锂离子在正负极间的脱出和嵌入（习惯上正极我们会用嵌入或脱嵌表示，用插入或脱嵌表示负极）正负极材料的一种可充放电的电池。锂离子电池的内部是层状结构，即正极、隔膜 、负极的多层累加。锂离子的电芯是一种不含有金属锂的新型电池能源，在充放的电程中，只有锂离子在正极和负极间来回运动，在此过程中电极和电解质均不参与反应。锂离子电芯的反应机理是随着充放电的进行，锂离子在正极和负极之间嵌入脱出[2]。当对电池进行充电时，电池的正极上会产生锂离子，所产生的锂离子会经过电解液来到负极。而作为负极材料的碳呈现层状结构，其有很多细微小孔，到达负极的锂离子就会嵌入到负极碳层的微孔中，伴随嵌入负极的锂离子越多，充电容量越高。在充放电过程中，锂离子就是在两个电极之间来回脱嵌，因此被称为“摇椅电池”（rocking chair batteries,缩写为RCB）
锂离子电池在工作中的化学总反应式为：LiXC +Li1xCoO2 ? C +LiCoO2??
/?? 图11：锂离子电池工作原理图
充放电的情况下，在嵌锂和脱锂过程中，可能会引起一定的层面之间距离的变化，而不会破坏晶体结构。由于锂离子在正极和负极中一定的位置，所以化学结构在一定程度上也不会发生变化。从充放电反应的可逆性的角度来看，锂离子电池反应是一种理想的可逆反应。从时间上看，一般情况下我们会将电池的充电电流设定在0.2~1C之间，电流越大，它的充电就会越快，同时电池产生的热也就越多。但是如果用过大的电流充电，容量就不够满，这也就是电池在内部反应时需要时间的原因。
对于锂电池来说，放电的过程就是正常使用的过程。在此过程中我们应该注意两点：（1）不能有过大的放电的电流，以防造成永久性损害 （2）不能过放电，避免导致有不可逆的化学变化发生。
目录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2锂离子电池的概述 2
1.2.1 锂离子电池的简介和工作原理 2
1.2.2锂离子电池的组成结构及优缺点 3
1.2.3锂离子电池的发展前景 4
1.3?三元正极材料 5
1.3.1?三元正极材料的优势以及分类 5
1.3.2三元正极材料在性能方面存在的问题及其产生的原因 6
1.4?本课题研究的内容和意义 8
2.实验部分 9
2.1实验的药品及仪器 9
2.1.1实验药品 9
2.1.2实验仪器及设备 9
2.2实验过程中所采用的方法及其介绍 10
2.3 三元正极材料的制备 10
2.3.1（Ni0.6Co0.2Mn0.2）CO3材料的制备 10
2.3.2 LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料的制备 11
2.3.3电极的制备以及化学电池的组装 11
2.4?材料的表征方法 12
2.5电化学测试的测试方法 13
3. 结果与分析 13
3.1材料性能 13
3.1.1 XRD的分析 13
3.1.2 扫描电镜的分析 14
3.1.3EDS元素分析 15
3.2电化学性能测试分析 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
4.结语 17
参考文献 18
致谢 20
1.绪论
1.1引言
过去的近几十年来，由于工业的快速发展和进步，大量的天然气.煤炭和石油被作为能源用于工业的建设中，然后随着工业的不断前进，矿物等能源缺乏危机也越来越明显。随之而来的矿物燃料燃烧所产生的有害的气体被排放的大气中，给环境带来了很大的负担和威胁。然而像太阳能、氢能、核能、风能等一系列新型能源虽然有着巨大的潜能，但又因为它对环境的要求更高，所以也存在着巨大的挑战。因此，电化学储能在如今人们的生活生产中有着非同凡响的地位。不管是对可再生能源进行大量存储，还是对携式设备的高密度储存，都体现了如今人们对再生能源与新能源的需求更加迫切。而又由于这些新型能源发展的需要，又衍生了储能技术，比如被列为最有前途的能源储存手段之一的电化学储能。就像近年来，人们对电动汽车和移动电子设备的需求越来越大，因此对于锂离子电池的研究和应用就有了极大兴趣。就现在的市场而言，最寻常的化学电源有镉镍电池、锌锰电池和锂离子电池。近年来，由于信息时代的快速发展，人们对可充电电池有了更大需求和更高的要求，比如要求越来越大的容量和相对较小的体积，要求电池轻便化、小型化......随着社会科学的发展和人们环境保护的意识的提高，发现重有色金属中的铅、镉、汞、六价铬这些有害元素，不仅对环境有着巨大影响,还严重影响了人们的身体健康。所以，迫切要求像锂电池、燃料电池等这些新型绿色登上21世纪的舞台。对于锂离子电池的研究是从21世纪80年代开始的，1991年出现了第一个商业化的锂离子电池。自此，锂离子电池逐渐成为电子设备领域的能源解决的主要方案。锂离子电池的市场在近十年来突飞猛进，早期锂离子电池大部分技术都用于便携电子设备，之后制备出的电池也开始倾向于一些中大型设备，从而让锂离子电池在动力领域和储能领域得到了广泛地应用。那么人们就更加关注对锂电池性能的研究，把如何提高锂离子电池的性能提上研究日程，并将其与市场相结合[1]。因此，人们对于锂电池材料的前驱体制作的方法也就有了更多的尝试。
1.2锂离子电池的概述
1.2.1 锂离子电池的简介和工作原理
锂离子电池是指锂离子在正负极间的脱出和嵌入（习惯上正极我们会用嵌入或脱嵌表示，用插入或脱嵌表示负极）正负极材料的一种可充放电的电池。锂离子电池的内部是层状结构，即正极、隔膜 、负极的多层累加。锂离子的电芯是一种不含有金属锂的新型电池能源，在充放的电程中，只有锂离子在正极和负极间来回运动，在此过程中电极和电解质均不参与反应。锂离子电芯的反应机理是随着充放电的进行，锂离子在正极和负极之间嵌入脱出[2]。当对电池进行充电时，电池的正极上会产生锂离子，所产生的锂离子会经过电解液来到负极。而作为负极材料的碳呈现层状结构，其有很多细微小孔，到达负极的锂离子就会嵌入到负极碳层的微孔中，伴随嵌入负极的锂离子越多，充电容量越高。在充放电过程中，锂离子就是在两个电极之间来回脱嵌，因此被称为“摇椅电池”（rocking chair batteries,缩写为RCB）
锂离子电池在工作中的化学总反应式为：LiXC +Li1xCoO2 ? C +LiCoO2??
/?? 图11：锂离子电池工作原理图
充放电的情况下，在嵌锂和脱锂过程中，可能会引起一定的层面之间距离的变化，而不会破坏晶体结构。由于锂离子在正极和负极中一定的位置，所以化学结构在一定程度上也不会发生变化。从充放电反应的可逆性的角度来看，锂离子电池反应是一种理想的可逆反应。从时间上看，一般情况下我们会将电池的充电电流设定在0.2~1C之间，电流越大，它的充电就会越快，同时电池产生的热也就越多。但是如果用过大的电流充电，容量就不够满，这也就是电池在内部反应时需要时间的原因。
对于锂电池来说，放电的过程就是正常使用的过程。在此过程中我们应该注意两点：（1）不能有过大的放电的电流，以防造成永久性损害 （2）不能过放电，避免导致有不可逆的化学变化发生。
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