锂离子电池及性能研究

毕业设计（论文）

题目锂离子电池正极材料尖晶石

锰酸锂的制备及性能研究

系（院）化学与化工系

专业应用化工技术

班级

学生姓名

学号

指导教师

职称讲师

二〇年月日

锂离子电池正极材料尖晶石锰酸锂的制备及性能研究

摘要

锂离子电池因其优越的电化学性能、高比容量、长循环寿命、高能量密度以及放电电压高、体积小、环保绿色等特性在过去的十年内得到了迅猛发展。作为锂离子电池重要组成部分的正极材料也成为当前该领域研究的热点之一。尖晶石型LiMn2O4以其高能量密度、价格低廉、无环境污染等特点而被视为最具发展潜力的锂离子电池的正极材料之一。对高温反应而言，包括高温固相反应法、熔融浸渍法、微波烧结法及其他改进的方法；在低温反应方法中，主要讨论了溶胶凝胶法、共沉淀法及乳化干燥法等。体相掺杂和表面修饰是抑制尖晶石型LiMn2O4容量衰减的有效方法。从锰酸锂的制备与改性研究方面综述了锂离子电池正极材料锰酸锂的研究进展，在此基础上提出了正极材料锰酸锂的发展方向。

关键词: 锂离子电池；正极材料；锰酸锂

Preparation and modification of LiMn2O4 as cathode material for lithium ion batteries

Abstract

Lithium-ion batteries have developed greatly because of its excellent electrochemical properties, high specific capacity, long cycle performance, high energy density and other merits, such as high discharge voltage, small volume and less harm to environment. Spinal LiMn2O4 is a potential cathode material of Li-ion batteries because of its high energy density, low cost and no pollution to environment, etc. Among the synthetic methods, conventional solid-state reaction method, melt-impregnation method, microwave sintering method an-dot her modified method are included in the high-temperature synthetic methods whereas the sol-gel method, co-precipitation method and micro-emulsion method are included in the low-temperature methods. Doping and surface modification are the effectively ways to restrain the capacity loss in cycling. Research progress in recent years on preparation and modification of lithium manganate cathode material was introduced, and based on that, the major developing trend was prospected.

Key words: lithium ion battery；cathode material；LiMn2O4

目录

引言 (1)

第一章锂离子电池的简介

1.1 锂离子电池的发展 (2)

1.2 锂离子电池的工作原理 (3)

1.3锂离子电池正极材料的选择原则和尖晶石型L i M n2O4的晶体结构 (4)

1.3.1 正极材料的选择原则 (4)

1.3.2尖晶石型LiMn2O4的晶体结构 (5)

第二章锂锰氧化物制备方法研究现状

2.1 固相合成法 (7)

2.1.1 传统高温固相法 (7)

2.1.2 熔融浸渍法 (7)

2.1.3 两段烧结法 (8)

2.1.4 其他固相改进方法 (8)

2.2 液相合成反应法 (8)

2.2.1 溶胶凝胶法 (8)

2.2.2 共沉淀法 (9)

2.2.3 乳化干燥法 (9)

第三章尖晶石型锰酸锂的性能研究

3.1 合成温度对材料性能的影响 (10)

3.2 尖晶石型锰酸锂的容量衰减机理 (10)

3.3 掺入等量不同阴阳离子对材料性能的影响 (11)

结论 (12)

参考文献 (13)

引言

锂离子电池分为液态锂离子电池（LIB）和聚合物锂离子电池（PLIB）。液锂离子电池自1990年开发成功以来，由于它具有能量高、工作电压高、应用温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无污染、安全性能好等独特优势，现已广泛用作袖珍贵重电器，如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等的电源，并已在航空、航天、航海、人赵卫星、小型医疗仪器及军用通讯设备领域中逐步代替传统电池。聚合物锂离子电池除具有液态锂离子电池的优点外，由于采用不流动电解质，还具有安全性能更好的优点，因此，可以制成任意形状和任意尺寸的超薄型电池，因而更适合用作微型电器的电源，应用范围更广。虽然锂离子电池己经商业化并得到广泛应用，但该领域仍是今后研究的热点，目的是降低成本，提高容量和延长循环寿命。今后的主要发展方向为用Ni或Mn取代目前正极材料中的Co，降低成本，减小Co对环境造成的污染改善正极材料性能是提高锂离子电池性能的关键，因为正极材料的比容量每提高50%，电池的功率密度会提高28%，而负极材料的比容量每提高50%，电池的功率密度相应的只会提高13%。因此，研究锂离子二次电池正极材料，对于发展和改进锂离子二次电池，具有重要的现实意义。锂离子电池是以锂离子能够自由脱嵌的化合物作为正、负极材料的新一代电池。它具有输出电压高、比能量高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应、安全性好等特点。决定锂离子电池性能的重要因素之一是正极材料，研究和开发高性能的正极材料也就成为目前锂离子电池发展的关键所在。商品化LiCoO2的循环性能好，但比容量偏低、价格高，对环境污染较大。而具备比容量较高、原料资源丰富、价格便宜、环境友好等特点的尖晶石型LiMn2O4正极材料成为替代已商业化的LiCoO2的首选材料。近年来，针对尖晶石LiMn2O4容量衰减机理，国内外展开了一系列的关于尖晶石锰酸锂的制备和性能研究，并采用掺杂不同物