《锂离子负极材料的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锂离子负极材料的研究（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1学 年 论 文题目： 锂离子电池负极材料的研究学生姓名 学 号 指导教师 院 系 专 业 年 级 成绩2诚信声明本小组郑重声明：本小组所呈交的学年论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学年论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或在网上发表的论文。特此声明。论文作者签名： 指导教师签名：日 期： 年 月 日3目录摘要.4Abstract.51.引言.61.1 锂离子电池研究现状.61.2 锂离子电池的结构和工作原理.62.实验部分.72.11 原料及设备.72.21 六方相 -Co(NO 3
2、)2前驱体的合成及层片状 CoO 的制备.73.负极材料的表征.83.1 反应时间与 -Co(NO 3)2片状形貌结构的稳定性关系.83.2 反应温度与 -Co(NO 3)2片状形貌结构的稳定性关系.93.3 片状 CoO 循环伏安测试.103.4 不同尺寸的层片状 CoO 充放电性能比较.11结论与讨论.13参考文献.144锂离子负极材料的研究摘要锂离子电池因其质量轻、能量密度高, 迎合了家用电器和通讯设备向小型化、微型化方向发展的需要。锂离子电池能够成功应用的关键在于嵌入与脱出可逆的锂离子负极材料的制备。 1因此, 对负极材料的研究非常重要。本论文主要介绍了通过水热法合成 -Co(OH)
3、2前躯体并煅烧制备 CoO 材料，研究了Co(NO3)2水溶液的浓度、反应时间、反应温度对 -Co(NO 3)2片状形貌结构的稳定性关系以及六方单片状和多层片状 -Co(NO 3)2为模板高温煅烧而生成的片状 CoO 的电化学性质。随着合成层片状 CoO 尺寸的增大，材料的储氢循环性能越好。关键词：锂离子电池 负极材料 -Co(NO 3)25Researches of Negative Material of Li-Ion Secondary BatteryAbstractLithium ion batteries due to its high quality light energy de
4、nsity, catered to the household appliances and communications equipment to the needs of the development of miniaturized direction of miniaturization.Lithium-ion batteries can be the key to successful application is embedded with the emergence of reversible lithium ion anode materials preparation.The
5、refore, the research of anode materials is very important. This paper mainly introduced by hydrothermal synthesis beta Co(OH) 2 before the body and material calcined preparation of CoO , the concentration of Co(NO3) 2 aqueous solution was studied the reaction time, reaction temperature on the beta C
6、o (NO3) 2 flaky morphology structure stability relationship and six Fang Chan flake and multilayer chip beta Co(NO3)2 for high temperature calcination template and electrochemical properties of the generated flake CoO Along with the rising of the composite layer sheet size of CoO, the better the per
7、formance of material circulation of hydrogen storage.Keywords：Li-ion secondary battery ；;cathode; -Co(NO 3)26引言1.1 锂离子电池研究现状 自从 1859 年 Gaston Plante 提出铅酸电池的概念以来, 化学电源界一直在研制新的高比能量、长循环寿命的二次电池。金属锂以其最高的比容量(3 860 mAh/g)和最负的电极电位(-3 .045 V), 2 引起了众多电池研究人员的关注。锂离子电池是近 10 年来发展起来的一种新型电池, 电池的工作过程仅仅是锂离子从一个电极(脱嵌)
8、进入另一个电极(嵌入)的过程.1990 年, 日本索尼公司率先研制成功了锂离子电池, 这使锂离子电池的研究进入了实用化阶段, 由此开创了广阔的前景。锂离子电池由于具有高电压(4 V)、高能量密度、自放电小、循环寿命长、无污染和无记忆效应等优点,已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等电器设备上。在电动汽车、卫星、航天航空以及空间军事等领域也显示出了良好的应用前景和潜在的经济效益。锂离子电池作为一种新型的高能电池在性能的提高上仍有很大的空间,而负极材料性能的提高是其中的关键。负极材料应具备容量大、充放电循环特性良好、放电电压平稳、不可逆容量损失小及对电解液稳定等性能 3 。锂离子电池的发展
9、经历了曲折的过程。早期负极材料采用的是金属锂 4 , 它是比容量最高的负极材料。但是充电时, 负极表面会形成枝晶,造成电池软短路, 使电池局部温度升高而熔化隔膜(电极在初次充放电时其表面生成的钝膜), 软短路变成硬短路,电池被毁甚至爆炸起火。解决这一问题的有效途径就是寻求一种能替代金属锂的负极材料。71.2 锂离子电池的结构和工作原理锂离子电池的正负极都是能够可逆脱锂嵌锂的化合物。锂离子二次电池和镍镉、镍氢电池的结构相似，一般主要是由正极、负极、电解质和隔膜四部分构成。正极材料常常选择相对于金属锂的电极电势较高而且能够在空气中稳定存在的嵌锂过渡金属化合物。负极材料选择电极电势尽可能与金属锂的电
10、极电势相近的可嵌锂材料，常见的负极材料有石墨、中间相炭微球和焦炭等碳材料。电解液常用的有 LiCl4、LiBF 4、LiPF 6等含有锂盐的有机溶液隔膜材料常见的是聚烯烃类树脂，常用的隔膜有单层或多层的聚丙烯和聚乙烯微孔膜。 5图 1. 锂离子电池的工作原理图锂离子电池在充电时，锂离子从正极中脱嵌，经过电解质和隔膜，嵌入到负极中；反之，电池放电时，锂离子从负极脱嵌，通过电解质和隔膜，重新嵌入到正极之中。 6 因为锂离子在正极和负极材料中有其固定的位置和空间，所以锂离子电池在充放电过程中锂离子分别在正负极之间来回移动，所以人们形象的把锂离子电池称作为“摇椅电池”。正因为锂离子电池有较好的充放电反
11、应的可逆性，从而保证了电池的安全性和循环寿命。 782.实验部分2.1 实验原料及仪器实验原料：氩气，六水合硝酸钴(Co(NO 3)2.6H2O),氨水(NH 3.H2O),异丙醇（C 3H7O),1-甲基-2-吡咯烷酮实验仪器：50ml 有不锈钢外套的聚四氟乙烯的水热釜，电子天平，量筒，烘箱2.2 实验过程2.2.1 六方相 -Co(NO 3)2前驱体的合成及层片状 CoO 的制备六方相 -Co(NO 3)2前驱体的合成：分别在 0.008M、0.032M、0.064M 和0.128M 的 Co(NO3)2水溶液中加入 25ml 的 25%的氨水溶液，室温下搅拌 30min,再将此绿色胶状物
12、移入 50ml 的水热反应釜，恒温烘箱中 120反应 1-24h,冷却后离心过滤，烘干得到相应的 -Co(NO 3)2。层片状 CoO 的制备：分别在 0.032M、0.064M 和 0.128M Co(NO3)2溶液中加入 25ml 25%的氨水溶液，室温下搅拌 30min,再将此绿色胶状物移入 50ml 的水热反应釜中，在恒温烘箱中 120反应 1-24h,冷却后离心过滤，烘干得到相应-Co(NO 3)2前躯体；将所制的 -Co(NO 3)2前躯体在氩气下 550处理 2h,得到相应的层片状 CoO 样品。3.负极材料的表征3.1 反应时间与 -Co(NO 3)2片状形貌结构的稳定性关系下
13、图为水热反应水热反应 24h 生成的 -Co(NO 3)2片状样品的扫描电镜 a图和水热反应 4h(后）生成的 -Co(NO 3)2 片状样品的扫描电镜 b图9图 2-a 图 2-b为了研究六方片状 -Co(NO 3)2 形貌结构的稳定性，利用扫描电镜对不同反应时间的产物形貌进行表征。图 2（前）是起始浓度 0.064M 的 Co(NO3)2 在120时反应 24h 所形成 -Co(NO 3)2 样品的扫描电镜。与反应时间 4h 样品形貌相比，24h 生成的产物片状结构基本没有大的变化，但六方片状变成了盘状。由此可以看出，当片状 -Co(NO 3)2 产物在溶液中形成后，它的六方形状因反应时间
14、增长而略有改变，当产物的结构基本不变，也说明生成的 -Co(NO 3)2产物具有较好的结构稳定性。3.2 反应温度与 -Co(NO 3)2片状形貌结构的稳定性关系10图 3 不同反应温度所形成六方片状 -Co(NO 3)2样品扫描电镜(a)120(b)180为了研究水热温度对六方片状 -Co(NO 3)2形貌结构稳定性的影响，利用扫描电镜对同一浓度下不同反应温度得到的产物进行形貌的表征。图 3 是起始浓度 0.032M 的 Co(NO3)2在不同反应温度下反应 4h 所形成的 -Co(NO 3)2产物的扫描电镜图，从中可以看出反应温度为 120和 180生成的产物六方形状基本没有大的变化，但产物的尺寸大小和厚度略有不同。高温 180生成的-Co(NO 3)2
