鋰電池正極材料lini13co13mn13o2的制備及改性研究

1、1第一章第一章緒論緒論全球石油危機(jī)對(duì)新型能源的要求越來越多，開發(fā)研制具備較短充電時(shí)間和較長(zhǎng)放電時(shí)間的儲(chǔ)電設(shè)備越來越為迫切。鋰離子電池因其短時(shí)間充放電性能優(yōu)越逐漸成為市場(chǎng)的熱點(diǎn)。索尼在20世紀(jì)90年代開始商業(yè)化電池的研制，自此索尼的電子產(chǎn)品告別鎳鎘電池，揭開了鋰離子電池大量研制的序幕。能夠提供高能量密度的可再充電電池廣泛應(yīng)用于各種電動(dòng)工具和車輛的便攜式電子設(shè)備中，第一代的鋰離子電池正極材料為L(zhǎng)iCoO2，它的合成簡(jiǎn)單，具有可逆容量高和良好

2、的循環(huán)性能。然而現(xiàn)在的電子設(shè)備需要更加先進(jìn)的鋰離子充電電池，包括更高容量和功率密度，對(duì)環(huán)境影響最小化和更好的可逆性。LiCoO2應(yīng)用于大功率設(shè)備中，如純電動(dòng)汽車[12]混合動(dòng)力汽車表現(xiàn)出越來越多難以解決的問題。LiNi13Mn13Co13O2首先由Ohzuku和Makimura[3]在2001年合成出來，是目前廣泛研究并且很有希望的一種4V材料，它是一種層狀過渡金屬氧化物，R?3m空間群對(duì)稱結(jié)構(gòu)。相比鈷酸鋰，表現(xiàn)出較好的高溫性能和低充放

3、電衰減[4]，另外還有如成本低，毒性小，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。1.1鋰離子電池研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向鋰離子電池研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向鋰離子電池自90年代開發(fā)成功以來發(fā)展迅速，以其小型化、輕量化、無記憶效應(yīng)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)成為目前綜合性能最好的電池系統(tǒng)，近年來許多國家投入巨資開展鋰電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，使其在不同領(lǐng)域都有了廣泛的推廣和應(yīng)用。（1）電子產(chǎn)品方面的應(yīng)用電子產(chǎn)品越來越在人民的生活中發(fā)揮重要的作用，鋰電池因?yàn)槠漭p小的特點(diǎn)為這些電子產(chǎn)品提供電能，如手機(jī)、筆

4、記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、小型電動(dòng)工具等。（2）在交通工具產(chǎn)品方面的應(yīng)用鋰電池漸漸轉(zhuǎn)向大功率供電方向，在一些電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車開始應(yīng)用。最主要的應(yīng)用在于電動(dòng)汽車供能項(xiàng)目上，作為未來的綠色交通工具，許多國家投入了大量的人力和物力。（3）航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用：由于鋰電池優(yōu)越的性能，使其成為外太空探測(cè)任務(wù)飛船上的主要備用電池，另外金屬鋰二次電池、固態(tài)聚合物鋰離子電池和凝膠聚合物電解質(zhì)鋰二次電池也是未來的候選者。（4）軍事方面的應(yīng)

5、用：部隊(duì)行動(dòng)的特點(diǎn)需要便攜式能源、電池動(dòng)力，不僅在軍事通訊上應(yīng)用，3表1.1電池組成部分及常用材料表組成部分常用材料正極活性物質(zhì)：LiCo2，LiMnO2，LiNixCoyMn1?x?yO2，LiFePO4導(dǎo)電物質(zhì)：乙炔黑粘結(jié)劑：PTFEPVDF集流體：鋁箔負(fù)極活性物質(zhì)：石墨材料導(dǎo)電物質(zhì)：乙炔黑粘結(jié)劑：PTFEPVDF集流體：鋁箔隔膜聚丙烯微孔膜電解質(zhì)電解液溶劑：碳酸乙烯酯（EC）碳酸丙烯酯（PC）碳酸二甲酯（DMC）溶質(zhì)LiClO4，

6、LiPF6，LiBF4固體電解質(zhì)聚氧化乙烯（PEO）以LiNixCoyMn1?x?yO2和石墨為電極材料的電池充放電反應(yīng)式為：()C1moILLipF6ECDECLiNixCoyMn1?x?yO2()充電正極反應(yīng)：LiNixCoyMn1?x?yO2Li1xNixCoyMn1?x?yO2xLixe放電充電負(fù)極反應(yīng)：CxLixeLixC放電充電電池反應(yīng)：LiNixCoyMn1?x?yO2CLi1xNixCoyMn1?x?yO2LixC放電1

7、.3鋰離子電極材料的特性和要求鋰離子電極材料的特性和要求鋰電池具有以下特征[5]：（1）初始開路電壓3.2V左右，平均工作電壓3.4V～3.7V，電壓高；（2）自放電率很小，在常溫下每月10%左右，是NiCd電池、NiH電池的12以下；（3）相比NiCd電池和NiH電池，記憶效應(yīng)（在滿充電或者近乎滿充電狀態(tài)長(zhǎng)時(shí)間保存后電池的可放電時(shí)間縮短的現(xiàn)象）非常?。唬?）能量密度大，現(xiàn)在達(dá)到300Whdm3～350Whdm3，還在繼續(xù)增加；（5）循