铬钼铁锌锂氧化物的制备及其电化学性能的研究

摘要

锂离子电池作为储能设备之一，它具有容量大、体积小、绿色环保、方便携带等优点成为人们广泛关注的储能设备。在电池的正极材料中，铁的化合物由于价格相对低廉、来源较广以及含量丰富等优点，LiFePO4材料成为最具有潜力替代商品化的LiCoO2材料之一。但其合成的过程中铁容易氧化，造成了材料的循环性能较差，是进一步制约材料LiFePO4商业化的主要原因。本文针对LiFePO4循环性能差的缺点，通过掺杂改性和合成工艺改进，提高了LiFePO4材料的循环性能以及容量。并对该材料进行电化学性以及形貌测试和物相表征等。
　　本文第一章对锂离子电池工作原理进行详细阐述，再介绍几种商品化材料的结构以及其优缺点，并细致分析了导致材料LiFePO4容量衰减的原因及其改进方法。第二章对电池的组装进行详细阐述。第三到第五章主要介绍共沉淀法制备的不同比例的正极材料，并分析了材料的循环性能、首次库伦效率和充电容量。
　　以Fe(NO3)3·9H2O、(NH4)6Mo7O24·4H2O和Cr(NO3)3为原料，(NH4)2CO3为沉淀剂，通过液相共沉淀法制备出不同铬铁比例的锂铬钼铁氧化物。充放电以及XRD、SEM测试表明，合成的化合物Li3CrMoFeOx的循环性能最佳，材料的首次库伦效率和首次充电容量分别为77.3％、104.9mA·h/g，XRD测试表明不同铬铁比例正极材料的结晶度不同，但是结构没有改变。在此基础上，对材料Li3CrMoFeOx采用Li位掺杂，制备出正极材料Li3-αNaαCrFeMoOx(α=0.1、0.2、0.3、0.4)，充放电测试表明，材料Li2.8Na0.2CrFeMoOx的循环性能最佳，首次库伦效率和充电容量分别达到85.9％、118.4mA·h/g，经20次充放电后容量为79.0mA·h/g。
　　以ZnO、HNO3和Cr(NO3)3为原料，(NH4)2CO3为沉淀剂，通过液相共沉淀法制备出不同铬锌比例的铬锌锂氧化物，充放电及SEM测试表明，制备出的材料Li2CrZnOx的循环性能最佳，该材料的首次库伦效率为和充电容量分别为80.8％、104.0mA·h/g。
　　以Fe(NO3)3·9H2O、ZnO、Al2O3、(NH4)6Mo7O24·4H2O和CF(NO3)3为原料，(NH4)2CO3为沉淀剂，通过液相共沉淀法制备出铬钼锌铁铝锂氧化物。研究不同还原温度对材料的容量及性能的影响。充放电测试表明:正极材料Li4.03CrMoFeZnAl0.03Ox的最佳还原温度是750℃，材料的首次库伦效率和充电容量分别为88.9％、142.4mA·h/g;还原温度从750℃提升到870℃，制备的正极材料Li4.03CrMoFeZnAl0.03Ox的容量较低，材料的活性反而降低。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 锂离子电池简介

1．2．1 锂离子电池诞生

1．2．2 锂离子电池的组成

1．2．3 锂离子电池的工作原理

1．3 锂离子电池的性能特点

1．4 锂离子电池正极材料

1．4．1 LiCoO2正极材料

1．4．2 LiNiO2正极材料

1．4．3 锂锰氧化物正极材料

1．4．4 锂钒氧化物正极材料

1．5．1 LiFePO4正极材料的结构和特性

1．5．2 LiFePO4正极材料的制备方法

1．5．3 LiFePO4正极材料改性研究

1．6 课题选题依据与研究内容

第二章 实验仪器、试剂与电池组装及测试方法

2．1 实验实验仪器和试剂

2．2 正极材料的制备和电池的组装

2．2．1 极片的制备

2．2．2 测试电池的组装

2．3 电化学性能分析

2．3．1 恒流充放电测试

2．3．2 交流阻抗测试(EIS)

2．3．3 X射线衍射(XRD)

2．3．4 扫描电子显微镜(SEM)

第三章 液相共沉淀法合成铬钼铁锂氧化物及电化学性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 物相分析

3．3．2 充放电测试

3．3．3 形貌分析

3．3．4 交流阻抗测试(EIS)

3．4 本章小结

第四章 液相共沉淀法制备铬锌锂氧化物及电化学性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 充放电测试

4．3．2 形貌分析

4．3．3 交流阻抗测试(EIS)

4．4 本章小结

第五章 液相共沉淀法合成铬钼锌铁铝锂氧化物及电化学性能研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．3 实验结果与讨论

5．3．2 形貌分析

5．3．3 充放电测试

5．3．4 交流阻抗测试(EIS)

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢