锂离子电池正极材料LiCoO,2的微波合成研究-冶金物理化学专业论文.docxVIP

东北大学硕士学位论文 东北大学硕士学位论文 摘要 摘 要 锂离子电池是20世纪90年代初出现的新型可充电电池，是继镍氢电池之后 的新一代绿色环保电池。锂离子电池具有高电压(平均工作电压3．6V)、高能量(平 均能量是Cd／Ni电池的2．6倍，MH／Ni电池的1，75倍)、质量轻、体积小、内阻小、 自放电小、循环寿命长(1000次)、可快速充电、无记忆效应等特点。锂离子电 池的性能在很大程度上取决于正极材料，研究和开发高性能正极材料已成为锂离 子电池发展的关键。LiC002作为锂离子电池的正极材料，由于其可逆性、放电容 量、充电效率、电压的稳定性等各方面性能好，目前被商品化的锂离子电池厂家 普遍采用。 本文以LiOH·H20和C0203为反应原料，微波合成法制备了LiC002粉体。 通过热重分析(TGA)和差热分析(DTA)研究了LiC002的反应过程；以x射线 分析(XRD)和扫描电镜(SEM)为手段研究了LiC002粉末的结构和微观形貌； 采用DC一5电池性能测试仪对其电化学性能进行了研究；讨论了掺杂元素对 LiC002的结构和充放电性能的影响。 实验分别考察了用微波法制备LiC002的合成温度、反应时间、微波输出功率、 原料研磨时间、Li，Co配比对合成LiC002的影响，确定了LiC002的合成条件： 微波输出功率为900W，反应时间为16min，原料研磨时间45min， 反应原料中 Li、Co摩尔比1．05。 微波法制各的LiC002为蓝黑色粉体，X射线衍射分析表明其为ct--NaFe02 层状结构，无杂相。扫描电镜分析显示样品颗粒形状规则，边界光滑，无团聚现 象。 研究了合成的LiC002的电化学性能，讨论了试验电池正极片组成、集流体和 粒度分布对LiC002电化学性能的影响。实验表明集流体应选择镍网，『F极片的最 佳组成为活性材料、炭黑、PVDF的质量百分含量分别为85％、10％、5％，过筛 后的LiC002电化学性能比未过筛的好。以金属Li片为负极，以1moUL LiPF6／EC+DME(1：1)为电解液，以聚丙烯为隔膜，组装成实验电池，以I=0．3mA／cm2 在2．8～4．2V之间进行恒电流充放电实验。在此条件下合成的LiC002的电化学容 2 东北大学硕士学位论文 东北大学硕士学位论文 摘要 量可达128．3mAh／g。 研究了掺杂元素对LiC002的电化学性能的影响。掺杂元素有P、AI、La，试 验结果表明当nv：nc。为0．02时，LiC002的放电电压略有提高，快速充放电能力 提高；当n外nco为0．02时，LiC002的放电平台提高，放电平稳；当llLa：nco为 O．01时，可提高LiC002的放电平台，可逆容量也有所提高。 关键词锂离子电池正极材料LiC002微波合成充放电性能掺杂 3 查!!垄堂翌主兰堡垒查 查!!垄堂翌主兰堡垒查 垒!!!!型 Abstract Lithium ion battery is the newest generation rechargeable battery in 1 990s and it is ‘‘green cell”after nickel hydride battery．Lithium ion battery is noted for its hi【gh voltage (the average work voltage is 3．6 V)，high energy(the average specific energy is 2．6 and 1．75 times compare to Cd]Ni battery and MH／Ni battery)，light mass，small volume， small internal resistance，less self-discharge，long cycle life(1000)，quick charge，no memory effects and SO on．The cathode material is the key factor to the performance of lithium ion battery．Lithium ion battery has superior performance such as good reversibility,high charge／discharge capacity,high charge／dischar