温度对Li2CoSiO4正极材料的结构和性能的影响研究【开题报告+文献综述+毕业论文】.Doc

温度对Li2CoSiO4正极材料的结构和性能的影响研究 PAGE IV PAGE 1 本科毕业设计 开题报告 化学 温度对Li2CoSiO4正极材料的结构和性能的影响研究 一、研究的背景与意义 如今社会，全世界人们使用的主要能源不外乎石油、煤矿与天然气，然而随着能源需求的不断增加与能源的不可再生性，使得大多数的能源接近枯竭。另一方面，这些能源燃烧使用后对环境产生的污染是有目共睹的：温室效应、全球气候变暖、酸雨、臭氧空洞、紫外辐射加强等等。人类要进一步来改善能源的结构，并且同时开发新型的清洁能源，以此来实现可持续发展。由于金属锂具有在所有金属中氧化还原电位最低、最轻的特点，因此锂电池成为了人们首先寻找新型的能源之一。而电极材料特性的好坏直接影响到锂电池的性能特点。电极材料有诸多种，有一种是以硅酸钴锂作为正极材料。氧化钴锂一般有层状和尖晶石两种结构，通常在说的氧化钴锂一般指的是层状结构的。尖晶石结构的一般被人所忽略，原因是循环性能不好，而且其结构不稳定。层状结构的氧化钴锂虽然是常见的材料，但是由于其容易制备、结构较稳定以及成本高，所以与氧化锰锂、氧化镍锂材料比较，研究得不多。 化合物硅酸理钴已经成功地用常规溶液法和水热法制备。两个Li2CoSiO4样品在锂离子电池中作为阴极材料的电化学性能已被研究。在4.1V下，Li2CoSiO4之间锂的可逆脱出和嵌入可得到对抗的锂。由常规溶液制备的未处理的Li2CoSiO4电化学性能差。通过曲线打磨后的碳涂层的加入，它的电化学性能在一定程度上得到了提高，在平均电压为4.14V条件下每次0.46Li+的可逆容量。 目前我们可以知道的有关化合物硅酸钴锂的信息还非常的有限，因此，我们选择了这个课题，为了对硅酸钴锂作为锂原电池正极材料的结构和性能的进一步研究探讨。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题 1.基本内容： 评价热处理温度和工作环境温度对Li2CoSiO4正极材料的结构和性能的影响，总结出热处理过程中Li2CoSiO4的物相转变规律及其物相特征与储锂容量的关系。 （1）水热法制备Li2CoSiO4： 用水热法制备Li2CoSiO4，首先，将0.04mol CoCl2·6H2O和纳米SiO2-胶态氧化硅混合在80ml的去离子水中，并在其中加入石墨，以提高Li2CoSiO4 的产率及其导电率。取0.12mol LiOH·H2O溶于40ml去离子水中，然后将之前配置好的溶液加入其中，然后将混合液放入高压反应釜中。将高压反应釜密封，在185℃下加热24小时。抽滤得沉淀，在真空箱中150℃干燥30小时。 （2）不同温度下处理Li2CoSiO4 将干燥后的Li2CoSiO4取出。将Li2CoSiO4在50kv，40mA条件下进行X射线衍射，得到Li2CoSiO4样品的XRD图。而Li2CoSiO4粒子的形态在20Kv下运行获得。 然后，在其他条件相同的情况下，分别用50℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃下将之前的Li2CoSiO4进行燃烧。将燃烧后的产物用X射线衍射技术和红外光谱进行分析，分别得出各产物的结构图谱。 （3）Li2CoSiO4电化学特性评估： 接下来是Li2CoSiO4样品的电化学特性的评估。首先制作一个化学电池，此电池的阴极由75%的活性材料，15%炭黑和10%聚偏二氟乙烯混合制备，上述混合物为只用NMP（水含量低于0.01wt%）作为溶剂通过曲线打磨制成的研磨液。将研磨液涂层到铝箔上制成电极，在真空中以400k烘一个晚上后加压到18Mpa。通常的阴极填充量为5-6mgcm-2。用制备好的阴极，锂金属作阳极，装配成电池，电解液为溶有1MLiPF6的ECtMDC（1:1体积比）。电池装配在充氩的套箱中进行，手套箱中的水和氧气含量始终低于3.5ppm。循安伏图始终在4.0-5.8V下，以0.3mvs-1的扫描频率制得。 2.拟解决的主要问题： 难点1：合成Li2CoSiO4 时很难控制压力和温度 难点2：不同温度下处理Li2CoSiO4的时候，温度的选择，温度差，是个难点 三、研究方法与技术路线 1、研究方法： 水热法，X射线粉末衍射，红外光谱分析等 2、技术路线： 将氯化钴、氢氧化锂和纳米二氧化硅加入到高压反应釜中，然后控制压力与温度，进行水热反应。反应结束之后，将生成的Li2CoSiO4提取出来，然后利用X射线粉末衍射技术分析物相的纯度、结晶状态和晶粒的大小，并且用红外光谱来分析其结构表征和表面吸附物质。然后，将Li2CoSiO4在不同温度下进行处理，将处理后的产物用X射线粉末衍射和红外光谱分析技术来分析测试其结构，找出处理温度对Li2CoSiO4相变的影响规律。之后，用电池测试和电化学分析技术评价热处理温度对Li2CoSiO4电化学性