锂离子电池正极材料lini0.5co0.2mn0.3o2的制备及

锂离子电池正极材料的制备及

电化学性能研究

摘要：本文采用高温固相法制备锂离子电池正极材料。并对自制与商业化的正极材料组装为电池，进行了以下比较研究：一、在、、和充放电倍率下，锂离子电池的放电比容量；二、研究在、、和充放电倍率下，锂离子电池循环倍率性能；3、运用交流阻抗法研究电池的电池动力学特性。得出以下重要结论：

一、电池在不同倍率充放电进程中均没有良好的电压平台，且随着充放电倍率的增大，比容量减小。可能原因是，随着倍率的增大，电池内部极化作用增加。自制与商业化电池在、、和的初始比容量别离为、、和g-1与、、和g-1

二、通过比较自制与商业化的电池的倍率性能曲线可知，自制材料倍率性能较差，容量维持率较低，它们在、、和下容量维持率别离为%、%、%和%与%、%、%和%。可是，自制材料在、、和的充放电电流下、充放电电压范围为内的循环稳固性都较商业化材料的高。并随着充放电倍率的增加，第一次放电比容量均减小，第一次容量维持率也均减小。

关键词：锂离子电池；高温固相法；正极材料；交流阻抗法；

PREPARATION AND STUDY OF LITHIUM-ION BATTERY CATHODE MATERIALS The lithium-ion batte

ry cathode material is synthesized by high-temperature solid state using homemade and commercial cathode material assembled battery, made the following comparative 、At , , and charge-discharge rate, lithium-ion battery discharge capacity；二、At , , and charge-discharge rate, lithium-ion battery cycle rate performance;3、The Battery dynamics study of battery by AC impedance method.. Draw the following important conclusions：

1、battery don’t have good voltage platform at different rate in the charge-discharge process, and with the charge-discharge rate is increased, the specific capacity possible reason is that, as the magnification increases, the internal polarization of the battery and commercial cathode material in 、、、initial charge-discharge specific capacity was 、、、and 、、、..

2、By comparing the rate performance curve of the homemade and commercial cathode materia，we can find that the homemade materials have poor rate performance and low capacity capacity retention rate at ,, and is %, %, %, %,%, %, % and %.

Keyword:Lithium-ion battery; high-temperature solid state method；cathode material;cyclic voltammetry; AC impedence method;

第1章绪论 0

前言 0

锂离子电池特点 (1)

锂离子电池的结构 (2)

复合型锂正极材料 (2)

第2章锂离子电池性能测试 (6)

实验所用主要材料 (6)

实验用到的主要仪器设备 (7)

实验步骤 (8)

正极片的制作 (8)

交流阻抗法测试条件 (9)

第3章实验结果与讨论 (10)

自制电池的电化学性能 (10)

商业化电池的电化学性能 (11)

总结 (15)

参考文献 (15)

致谢 (17)

第1章绪论

前言

这些年来，汽车工业的迅猛进展使得石油资源的急剧消耗致使环境污染等众多的负面影响，世界各地都在踊跃寻觅新的电动汽车 EV 和混合动力电动车 HEV 清洁能源的的研究。但是制约锂离子电池的快速进展主要有以下难题：第一是锂离子电池的安全问题，虽然此刻电池设计和管理方面已经很少出现安全隐患问题，可是安全性能方面的问题仍是没有取得根本上的解决；第二是锂电池的本钱，目前锂离子电

池组的制造本钱普遍偏高；第三是锂离子电池的循环寿命和搁置寿命，循环寿命太低会增加电池的改换次数；而搁置寿命太低，电池的衰减严峻，使得锂离子电池在利用的时候会给人们带来不便。可是，锂离子电池的进展，锂离子电池材料的冲破才是解决问题的根本[1]。

目前商业化的锂离子电池通常采用LiCoO2作为正极材料，该电池普遍存在着安全性等问题。同时Co金属的价钱较贵，而且Co金属容易产生环境污染问题。LiNiO2的稳固性较差，存在安全隐患，而且需要在氧气氛中合成，容易发生阳离子混排。而LiMn2O4在循环的进程中容易发生Jahn-Teller 反映、锰离子的溶解、晶型转变等，使得电池容量逐渐降低。

三元材料别离综合了以上三者的良好的循环性能、高比容量、高安全性及低本钱等长处，被以为是未来可替代LiCoO2的最有进展前景的材料。加入Co离子，能够减少阳离子混排；加入Ni离子，能够提高材料的比容量；加入Mn离子，不但能够减少本钱，而且还能增强材料的稳固性和安全性。这些方面的诸多优势，使得在最近几年来备受关注，被普遍看好[2]。

锂离子电池工作原理

锂离子电池工作的原理是由于正负极中的锂离子含量的不同，即浓差动力。在电池充电的时候，Li+从正极材料中离开，进入到电解液中，穿过隔膜后嵌入到负极中，现在负极处于富锂态；在电池放电的时候，Li+则会从负极材料中离开，进入到电解液中，穿过隔膜后回到正极中，现在正极处于富锂态。锂离

子电池工

作的原理就是锂离子浓度差的转变[3]。

目前采用的锂离子正极材料一般为过渡金属的锂离子化合物和锰的锂离子化合物，例如LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2等等；负极材料主要采用的是石墨或钛酸锂等。

如图[4]通过以作为正极材料，C 作为负极材料来讲明锂离子电池的工作原理：

总反映：

正极反映：xLi++xe-(1-1)

负极反映：6C+xLi++xe-↔Li x C6(1-2)

图锂离子电池工作原理示用意

锂离子电池特点

目前，正在研究利用的锂离子电池正极材料主要包括LiNiO2、LiCoO2、LiMnO2、LiFePO4、LiMn2O4、两元或三元型复合材料。这一类的锂离子电池

的长处：

（1）高比容量。

（2）输出功率比较大。

（3）平均输出电压高（约~）。

（4）可快速进行充电。

（5）电池的自放电很少，每一个月自放电在8%以下。

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