掺杂钒酸锂做可充锂电池正极材料的研究毕业论文(编辑修改稿)

掺杂钒酸锂做可充锂电池正极材料的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

极的浓度。 充电，锂离子从正极脱嵌体负的，此时的负极中的锂 富态，正极中的锂贫瘠的状态，相反的放电，通过电解液，锂离子从负极的折嵌入式，通过嵌入在正极电解液，正极的锂 富态，负极锂处于荒芜状态。 构成电极的嵌入化合物和锂离子的锂离子浓度影响的锂离子电池的工作电压。 因此，在充放电循环时， Li +分别在正负极上发生 ―嵌入 脱嵌 ‖的 反应， Li+便在正负极之间来回移动， 因此 ， 这种 锂离子电池 又被形象的 称为 ―摇摆电池 ‖ 4 或者是 ―摇椅电池 ‖。 图 1 锂离子电池结构示意图 图 2 圆柱形锂离子电池结构示意图 锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液等四大部分组成。 作为一个有机的整体，每一个部件都对其电化学性能有着重要的影响。 锂电池在充电中具有如下的特性 : ，电压是逐渐上升的。 ，内阻变化，电压维持不变。 ，电量不断增加。 ，充电电流会达到很小的值。 经过多年的研究，已经找到了较好的充电控制方法 :。 ，使电压基本达到。 安 全电流为小于。 80%。 ，电流逐渐减小。 (如 )时，电池达到充满状态。 这种 CCCV 的充电方式能很好的到达电池的充满状态，并且不损害电池，已经成为锂离子电池的最主要充电方式。 5 所谓的锂离子电池 是 有两个化合物能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子作为正极和负极的二次电池。 锂离子电池是可充电电池，主要依赖于锂离子的移动的正电极和负电极之间的工作的。 来回两个电极之间的充电和放电的过程中和解吸锂离子可再充电电池 ，从正极脱嵌的锂离子嵌入负极，通过电解液，在富锂的状态的负极。 相反放电。 通常，使用含有锂元素 材料作为电极的电池。 它是现代高性能电池的代表。 所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。 锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。 在充放电过程中， Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时， Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。 一般采用含有锂元素的材料作为电极的 电池。 是现代高性能电池的代表。 锂离子电池的电化学表达式： 正极反应： 负极反应： 电池反应： 式中： M=Co、 Ni、 Fe、 W 等。 当电池充电时 ， 锂离子从正极中脱嵌在负极中嵌入放电时反之。 这就需要一个电极在组装前处于嵌锂状态一般选择相对锂而言电位大于 3V且在空气中稳定的嵌锂过渡金属氧化物做正极如 LiCoO LiNiO LiMn2O4。 做为负极的材料则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂化合物如各种碳材料包 括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等和金属氧化物包括 SnO、 SnO锡复合氧化物 SnBxPyOz(x=→ ， y=→ ， z=(2+3x+5y)/2)等。 电解质采用 LiPF6 的乙烯碳酸脂 EC、丙烯碳酸脂 PC 和低粘度二乙基碳酸脂 DEC 等烷基碳酸脂搭配的混合溶剂体系。 隔膜采用聚烯微多孔膜如 PE、 PP 或它们复合膜 ， 尤其是 6 PP/PE/PP 三层隔膜不仅熔点较低而且具有较高的抗穿刺强度 ， 起到 的是 热保险作用。 外壳采用钢或铝材料盖体组件具有防爆断电的功能。 我们通常所说的 电池容量 指的就是放电容量。 锂离子电池的种类包括 钢壳 /铝壳 /圆柱 /软包装系列： （ 1）正 极 ——活性物质 ， 一般为锰酸锂或者 是 钴酸锂，现 如今 又出现了镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂（ 又 称三元）或者三元 +少量锰酸锂，纯的锰酸锂和 磷酸铁锂 则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。 导电集流体使用厚度 10—20μ m的电解铝箔。 （ 2） 隔膜 ——一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子 自由通过，而 但是 电子不能通过。 （ 3）负 极 ——活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度 715 微米的电解铜箔。 （ 4）有机电解液 ——溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶 状电解液。 （ 5）电池外壳 ——分为 钢壳（现在方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（ 圆柱电池 使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。 2 实验 试剂和仪器： 化学试剂： 试剂 简介 LiOH H2O 天津市博迪化工有限公司 （ NH4VO3） 天津市化学试剂三厂 Zn(CH3COOH)2 2H2O 广东汕头市西陇化工厂 蒸馏水 上海亚荣生化仪器厂生产的 SZ93 自动双重蒸水系统 PTFE 上海产 乙炔黑 上海产 电解液 张家港市国泰华荣化工新材料有限公司 LiClO4 锂片 武汉市齐来格科技有限公司 电 池外 壳 CR2020 型 7 实 验仪器 表 2－ 2 实验仪器总 表： 实验仪器 出产地 称量仪器 日本岛津 (Shimadzu) AUY220 型电子分析天平 电热鼓风干燥箱 北京市永光明医疗仪器厂 101 型电热鼓风干燥箱 (20200 oC) 马弗炉 美国 MTi X 射线衍射仪（ XRD） 荷兰帕纳克（ XPERT PRO MPD） XPert Pro 型 X射线衍射仪 (λ = 197。 ) 扫描电子显微镜（ SEM） JSM6380LA 型扫描电子显微镜（先进行喷金处理以提高起其导电性） 手套箱 严格低水低氧充满氩气的简易手套箱 (材料为有机玻璃 ) 电池封边机 深圳美森机电有限公司生产的 CR2020 手动扣式电池封边机 恒电流充放电实验检测系统 深圳新威尔电子有限公司生产的 BTS 系列高精度电池测试系统 手动压 片 机 天津市光子仪器厂 二次蒸馏水系统 上海亚荣生化仪器厂生产的 SZ93 自 动双重蒸水系统 玛瑙研钵 辽宁凌源宋杖子玛瑙加工厂 循环伏安 RST3000 电化学工作站 材料的合成： LiV1xZnxO8前 驱体的合成 按一定 的 摩尔比例（ LiOHH2O:NH4VO3: Zn(CH3COOH)22H2O=1:1x:x.）分别称取一定质量的氢氧化锂（ LiOHH2O）、偏钒酸铵（ NH4VO3）、 醋酸锌（ Zn(CH3COOH)22H2O），然后将它们置于玛瑙研钵中 在红外灯光照下 研磨成粉末， 放保湿釜中 80℃ 保湿 6 小时。 等其自然冷却后打开 反应釜 釜放 真空 烘干 箱烘干，然后取出物品放玛瑙研钵中 在红外灯光照下 研成粉末。 即前驱体LiV1xZnxO8 制备好，放 于 袋子贴上标签，放干燥釜 内 备用。 合成 取适量的 LiV1xZnxO8 前驱体，取前驱物放在 马弗炉。 因马弗炉 的性质不可以急剧升温。 故在升温过程中要缓慢升温，本实验是 30min 升温至 400℃。 保温 8 10h 后 30min 内降至室温。 取出放于 玛瑙研钵中研磨即得到不同结晶度的产物，放密封袋中 贴上标签 ， 然后放干燥釜中备用。 本实验中采用的流变相法的合成流程图如图 2 所示： 调流变相保湿斧 80℃ 5h LiOHH2O NH4VO3 Zn(CH3COOH)22H2O 充分研磨均匀混合 冷却室温 80℃ 烘干研成粉末 LiV1xZnxO8的前驱体 LiV1xZnxO8粉末 在 400 oC 下加热处理 10 h 图 2 流变相法合成制备 LiV1xZnxO8的流程图 9 研究电极的制备 将活性物质、乙炔黑和聚四氟乙烯（ PTFE）按质量比 8:1:1 的比例用异丙醇调和团状，使其均匀混合 且富有弹性 ，擀压成膜，置于烘箱中于 100 oC 烘干，截取直径为 1 cm的圆形膜， 且记录其质量以便对其性能进行测试， 并压于不锈钢集流网上制成正极，金属锂片 作 为负极，电解液为 1 mol/L LiClO4的 ECDMC溶液（ EC 与 DMC 的体积比为 1： 1） 图 4为扣式电池的示意图。 以压制好的活性复合物电极为正极，。