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對新型能源的要求越來越多，開發(fā)研制具備較短充電時間和較長放電時間的儲電設備越來越為迫切。鋰離子電池因其短時間充放電性能優(yōu)越逐漸成為市場的熱點。索尼在20世紀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用于各種電動工具和車輛的便攜式電子設備中，第一代的鋰離子電池正極材料為LiCoO2，它的合成簡單，具有可逆容量高和良好

2、的循環(huán)性能。然而現(xiàn)在的電子設備需要更加先進的鋰離子充電電池，包括更高容量和功率密度，對環(huán)境影響最小化和更好的可逆性。LiCoO2應用于大功率設備中，如純電動汽車[12]混合動力汽車表現(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。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、壽命長等特點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能項目，使其在不同領域都有了廣泛的推廣和應用。（1）電子產(chǎn)品方面的應用電子產(chǎn)品越來越在人民的生活中發(fā)揮重要的作用，鋰電池因為其輕小的特點為這些電子產(chǎn)品提供電能，如手機、筆

4、記本電腦、數(shù)碼相機、攝像機、小型電動工具等。（2）在交通工具產(chǎn)品方面的應用鋰電池漸漸轉(zhuǎn)向大功率供電方向，在一些電動自行車、電動摩托車、電動汽車開始應用。最主要的應用在于電動汽車供能項目上，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）航空航天領域的應用：由于鋰電池優(yōu)越的性能，使其成為外太空探測任務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

5、用：部隊行動的特點需要便攜式能源、電池動力，不僅在軍事通訊上應用，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導電物質(zhì)：乙炔黑粘結(jié)劑：PTFEPVDF集流體：鋁箔負極活性物質(zhì)：石墨材料導電物質(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式為：()C1moILLipF6ECDECLiNixCoyMn1?x?yO2()充電正極反應：LiNixCoyMn1?x?yO2Li1xNixCoyMn1?x?yO2xLixe放電充電負極反應：CxLixeLixC放電充電電池反應：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（在滿充電或者近乎滿充電狀態(tài)長時間保存后電池的可放電時間縮短的現(xiàn)象）非常小；（4）能量密度大，現(xiàn)在達到300Whdm3～350Whdm3，還在繼續(xù)增加；（5）循