锂离子电池正极材料lini0.8co0.2o2的制备及其电化学研究(附件)【字数：13414】
摘 要摘 要LiNi0.8Co0.2O2 具有原料资源丰富、成本低廉、电化学性能好、对环境友好等优点，它有望成为下一代锂离子电池正极材料，能应用在便携式移动电源和电动汽车动力电池等领域。本论文采用了液相共沉淀法与固相合成相结合的方法对正极材料 LiNi0.8Co0.2O2进行合成。先通过液相共沉淀法制备前驱体 Ni0.8Co0.2-MOF，然后通过煅烧得到Ni0.8Co0.2O2，最后通过高温固相合成得到 LiNi0.8Co0.2O2 材料。对材料进行 TG、XRD、SEM 等表征，从 XRD 图谱中可以看出材料的晶体结构完整，无杂相峰且有层状结构。通过 SEM 图表明，材料呈球形且分布均匀。在用于正极材料的研究中，我们对材料进行了充放电测试、倍率测试、交流阻抗测试及循环伏安测试。从结果可知材料的初次放电比容量达到 132.2 mAh·g-1，20 圈循环后的放电比容量为 118.6 mAh·g-1，保持率为 89.7%，说明材料的循环性能很好。此外随着充放电倍率的增加，材料的比容量有所降低。材料的循环伏安曲线表面该材料的可逆性能好，循环稳定性强，与充放电测试结果相吻合。关键词锂离子电池；LiNi0.8Co0.2O2；正极材料；电化学性能；
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 锂离子电池概述 1
1.2.1 锂离子电池的发展历程 1
1.2.2 锂离子电池的结构 2
1.2.3 锂离子电池的原理 3
1.3 锂离子电池正极材料综述 4
1.3.1 锂离子电池对正极材料的要求 4
1.3.2 锂钴氧正极材料 4
1.3.3 锂镍氧化物 5
1.3.4 锂锰氧化物 5
1.3.5 磷酸铁锂正极材料 6
1.3.6 LiNixCoyMn1xyO2 正极材料 7
1.4 LiNi0.8Co0.2O2 正极材料 7
1.4.1 LiNi0.8Co0.2O2 的特性 7
1.4.2 LiNi0.8Co0.2O2 的制备方法 8
1.5 本论文的选题意义和研究内容 9
第二章 实验药品仪器与表 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
征及测试原理 10
2.1 实验药品 10
2.2 实验仪器 10
2.3 材料表征分析测试方法 11
2.3.1 热重分析 11
2.3.2 X 射线衍射仪（XRD） 11
2.3.3 电子扫描显微镜（SEM） 12
2.4 锂离子电池正极材料的电化学性能测试 12
2.4.1 充放电测试 12
2.4.2 倍率性能测试 13
2.4.3 循环伏安测试 13
2.4.4 交流阻抗测试 13
第三章 实验内容 14
3.1 正极材料 LiNi0.8Co0.2O2 的合成与表征 14
3.1.1 前驱体 Ni0.8Co0.2MOF 的合成 14
3.1.2 Ni0.8Co0.2O2 的合成 14
3.1.3 Ni0.8Co0.2O2 的表征 15
3.1.4 正极材料 LiNi0.8Co0.2O2 的合成 16
3.1.5 正极材料 LiNi0.8Co0.2O2 的表征 16
3.2 正极材料 LiNi0.8Co0.2O2 的电化学性能测试 18
3.2.1 电池的组装 18
3.2.2 材料的充放电测试 19
3.2.3 倍率性能测试 19
3.2.4 交流阻抗测试（EIS） 20
3.2.5 循环伏安测试（CV） 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
绪论
研究背景
能源是人类生存与社会发展的根本，当前世界能源主要以煤、石油、天然气为主，而由于煤、石油、天然气都是不可再生的，而且大量使用会产生严重的环境污染，最近年全球变暖及环境污染日益严重，就使得新能源的探索与开发非常重要，新能源模式的探索已成为二十一世纪的重大课题和世界各个国家科技大力发展的方向。电池的发明是人们在探求清洁能源过程中的里程碑事件。由锂电池发展而来的锂离子电池具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无污染、工作温度范围宽等众多优点，从众多二次电池里脱颖而出，获得广泛应用。在民用领域，锂离子电池在电子设备领域被大量使用，近年来还应用到了能源交通领域，包括电动汽车、风能电站蓄电、电网调节等。在国防军事方面，在军队现代化进程中锂离子电池的应用则覆盖了陆、海、空部队。随着科技的发展和应用范围的迅速延伸，锂离子电池需要拥有更高的比容量，同时也对安全性、使用寿命和快充技术提出了更高的要求。目前，商用锂离子电池的负极材料的比容量已经达到 350 mA?h/g 以上，而正极材料的比容量还在 140 mA?h/g 左右，所以正极材料已经成了电池发展的短板。作为决定锂离子电池优劣的关键材料，正极材料的性能至关重要。目前世界各国都在加大对正极材料的研发力度，大力研发更为优异的正极材料。
锂离子电池概述
锂离子电池的发展历程
在所有元素中，锂的原子量为 6.949 gmol1，300 K 下密度仅有 0.5349 gcm1，是自然界最轻的金属，它的标准电极电位仅为 3.045 V，具有最负的电位，这使得它具有最大的质量能量密度，它的理论能量密度达到了 3862 mAhg1，具备这些优质特点的锂成功进入了研究人员们的眼中。
1970年，埃克森的 M. S. WhitTIngham 采用金属锂作为负极，硫化钛作为正极，制成世界上首个锂电池[1]。电池完成组装后就有电压，不需要充电。举例来讲，以前老式照相机里使用的电池就属于锂电池。虽然这种电池也可以充电，但是循环性能不理想，因为在充放电循环过程中锂离子还原时会产生锂晶枝而可能刺破隔膜导致电池内部发生短路，所有为了安全起见这种电池是不能充电的。随着对锂电池的深入研究，锂离子电池是也被逐渐的研究。1980年，J. Goodenough 发现钴酸锂，并发现其能作为锂离子电池的正极材料[2]。
1982年 R. R. Agarwal和J. R. Selman 发现了锂离子在石墨中可以快速的嵌入与脱嵌[3]。与此同时，大家在使用锂电池过程中发现金属锂电池易短路而存在很大的安全隐患，因此人们运用在石墨中锂离子快速嵌入与脱嵌的原理来研制电池。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 锂离子电池概述 1
1.2.1 锂离子电池的发展历程 1
1.2.2 锂离子电池的结构 2
1.2.3 锂离子电池的原理 3
1.3 锂离子电池正极材料综述 4
1.3.1 锂离子电池对正极材料的要求 4
1.3.2 锂钴氧正极材料 4
1.3.3 锂镍氧化物 5
1.3.4 锂锰氧化物 5
1.3.5 磷酸铁锂正极材料 6
1.3.6 LiNixCoyMn1xyO2 正极材料 7
1.4 LiNi0.8Co0.2O2 正极材料 7
1.4.1 LiNi0.8Co0.2O2 的特性 7
1.4.2 LiNi0.8Co0.2O2 的制备方法 8
1.5 本论文的选题意义和研究内容 9
第二章 实验药品仪器与表 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
征及测试原理 10
2.1 实验药品 10
2.2 实验仪器 10
2.3 材料表征分析测试方法 11
2.3.1 热重分析 11
2.3.2 X 射线衍射仪（XRD） 11
2.3.3 电子扫描显微镜（SEM） 12
2.4 锂离子电池正极材料的电化学性能测试 12
2.4.1 充放电测试 12
2.4.2 倍率性能测试 13
2.4.3 循环伏安测试 13
2.4.4 交流阻抗测试 13
第三章 实验内容 14
3.1 正极材料 LiNi0.8Co0.2O2 的合成与表征 14
3.1.1 前驱体 Ni0.8Co0.2MOF 的合成 14
3.1.2 Ni0.8Co0.2O2 的合成 14
3.1.3 Ni0.8Co0.2O2 的表征 15
3.1.4 正极材料 LiNi0.8Co0.2O2 的合成 16
3.1.5 正极材料 LiNi0.8Co0.2O2 的表征 16
3.2 正极材料 LiNi0.8Co0.2O2 的电化学性能测试 18
3.2.1 电池的组装 18
3.2.2 材料的充放电测试 19
3.2.3 倍率性能测试 19
3.2.4 交流阻抗测试（EIS） 20
3.2.5 循环伏安测试（CV） 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
绪论
研究背景
能源是人类生存与社会发展的根本，当前世界能源主要以煤、石油、天然气为主，而由于煤、石油、天然气都是不可再生的，而且大量使用会产生严重的环境污染，最近年全球变暖及环境污染日益严重，就使得新能源的探索与开发非常重要，新能源模式的探索已成为二十一世纪的重大课题和世界各个国家科技大力发展的方向。电池的发明是人们在探求清洁能源过程中的里程碑事件。由锂电池发展而来的锂离子电池具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无污染、工作温度范围宽等众多优点，从众多二次电池里脱颖而出，获得广泛应用。在民用领域，锂离子电池在电子设备领域被大量使用，近年来还应用到了能源交通领域，包括电动汽车、风能电站蓄电、电网调节等。在国防军事方面，在军队现代化进程中锂离子电池的应用则覆盖了陆、海、空部队。随着科技的发展和应用范围的迅速延伸，锂离子电池需要拥有更高的比容量，同时也对安全性、使用寿命和快充技术提出了更高的要求。目前，商用锂离子电池的负极材料的比容量已经达到 350 mA?h/g 以上，而正极材料的比容量还在 140 mA?h/g 左右，所以正极材料已经成了电池发展的短板。作为决定锂离子电池优劣的关键材料，正极材料的性能至关重要。目前世界各国都在加大对正极材料的研发力度，大力研发更为优异的正极材料。
锂离子电池概述
锂离子电池的发展历程
在所有元素中，锂的原子量为 6.949 gmol1，300 K 下密度仅有 0.5349 gcm1，是自然界最轻的金属，它的标准电极电位仅为 3.045 V，具有最负的电位，这使得它具有最大的质量能量密度，它的理论能量密度达到了 3862 mAhg1，具备这些优质特点的锂成功进入了研究人员们的眼中。
1970年，埃克森的 M. S. WhitTIngham 采用金属锂作为负极，硫化钛作为正极，制成世界上首个锂电池[1]。电池完成组装后就有电压，不需要充电。举例来讲，以前老式照相机里使用的电池就属于锂电池。虽然这种电池也可以充电，但是循环性能不理想，因为在充放电循环过程中锂离子还原时会产生锂晶枝而可能刺破隔膜导致电池内部发生短路，所有为了安全起见这种电池是不能充电的。随着对锂电池的深入研究，锂离子电池是也被逐渐的研究。1980年，J. Goodenough 发现钴酸锂，并发现其能作为锂离子电池的正极材料[2]。
1982年 R. R. Agarwal和J. R. Selman 发现了锂离子在石墨中可以快速的嵌入与脱嵌[3]。与此同时，大家在使用锂电池过程中发现金属锂电池易短路而存在很大的安全隐患，因此人们运用在石墨中锂离子快速嵌入与脱嵌的原理来研制电池。
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