摻雜釩酸鋰做可充鋰電池正極材料的研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-07-15 13:16 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 逆地嵌入和脫嵌鋰離子作為正極和負(fù)極的二次電池。鋰離子電池是可充電電池，主要依賴于鋰離子的移動的正電極和負(fù)電極之間的工作的。來回兩個電極之間的充電和放電的過程中和解吸鋰離子可再充電電池，從正極脫嵌的鋰離子嵌入負(fù)極，通過電解液，在富鋰的狀態(tài)的負(fù)極。相反放電。通常，使用含有鋰元素 材料作為電極的電池。它是現(xiàn)代高性能電池的代表。所謂鋰離子電池是指分別用二個能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。鋰離子電池是一種充電電池，它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+ 在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電池時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的電池。是現(xiàn)代高性能電池的代表。鋰離子電池的電化學(xué)表達(dá)式：正極反應(yīng)： 負(fù)極反應(yīng)：電池反應(yīng)：式中：M=Co、Ni、Fe、W等。當(dāng)電池充電時，鋰離子從正極中脫嵌在負(fù)極中嵌入放電時反之。這就需要一個電極在組裝前處于嵌鋰狀態(tài)一般選擇相對鋰而言電位大于3V且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過渡金屬氧化物做正極如LiCoOLiNiOLiMn2O4。做為負(fù)極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物包括SnO、SnO錫復(fù)合氧化物SnBxPyOz(x=→，y=→，z=(2+3x+5y)/2)等。電解質(zhì)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劑體系。隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復(fù)合膜，尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點較低而且具有較高的抗穿刺強(qiáng)度，起到的是熱保險作用。外殼采用鋼或鋁材料蓋體組件具有防爆斷電的功能。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。鋰離子電池的種類包括鋼殼/鋁殼/圓柱/軟包裝系列：（1）正極——活性物質(zhì)，一般為錳酸鋰或者是鈷酸鋰，現(xiàn)如今又出現(xiàn)了鎳鈷錳酸鋰材料，電動自行車則普遍用鎳鈷錳酸鋰（又稱三元）或者三元+少量錳酸鋰，純的錳酸鋰和磷酸鐵鋰則由于體積大、性能不好或成本高而逐漸淡出。導(dǎo)電集流體使用厚度10—20μm的電解鋁箔。（2）隔膜——一種經(jīng)特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔結(jié)構(gòu)，可以讓鋰離子自由通過，而但是電子不能通過。（3）負(fù)極——活性物質(zhì)為石墨，或近似石墨結(jié)構(gòu)的碳，導(dǎo)電集流體使用厚度715微米的電解銅箔。（4）有機(jī)電解液——溶解有六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑，聚合物的則使用凝膠狀電解液。（5）電池外殼——分為鋼殼（現(xiàn)在方型很少使用）、鋁殼、鍍鎳鐵殼（圓柱電池使用）、鋁塑膜（軟包裝）等，還有電池的蓋帽，也是電池的正負(fù)極引出端。2 實驗 試劑和儀器： 化學(xué)試劑：試劑簡介LiOHH2O天津市博迪化工有限公司（NH4VO3）天津市化學(xué)試劑三廠Zn(CH3COOH)22H2O廣東汕頭市西隴化工廠蒸餾水上海亞榮生化儀器廠生產(chǎn)的SZ93自動雙重蒸水系統(tǒng)PTFE上海產(chǎn)乙炔黑上海產(chǎn)電解液張家港市國泰華榮化工新材料有限公司LiClO4鋰片武漢市齊來格科技有限公司電池外殼CR2016型表2－2 實驗儀器總表：實驗儀器出產(chǎn)地稱量儀器日本島津(Shimadzu) AUY220型電子分析天平電熱鼓風(fēng)干燥箱北京市永光明醫(yī)療儀器廠101型電熱鼓風(fēng)干燥箱(20200 oC) 馬弗爐美國MTiX射線衍射儀（XRD）荷蘭帕納克（XPERT PRO MPD）XPert Pro型X射線衍射儀(λ = 197。)掃描電子顯微鏡（SEM）JSM6380LA型掃描電子顯微鏡（先進(jìn)行噴金處理以提高起其導(dǎo)電性）手套箱嚴(yán)格低水低氧充滿氬氣的簡易手套箱(材料為有機(jī)玻璃)電池封邊機(jī)深圳美森機(jī)電有限公司生產(chǎn)的CR2016手動扣式電池封邊機(jī)恒電流充放電實驗檢測系統(tǒng)深圳新威爾電子有限公司生產(chǎn)的BTS系列高精度電池測試系統(tǒng)手動壓片機(jī)天津市光子儀器廠二次蒸餾水系統(tǒng)上海亞榮生化儀器廠生產(chǎn)的SZ93自動雙重蒸水系統(tǒng)瑪瑙研缽遼寧凌源宋杖子瑪瑙加工廠循環(huán)伏安RST3000電化學(xué)工作站 材料的合成： LiV1xZnxO8前驅(qū)體的合成按一定的摩爾比例（LiOHH2O:NH4VO3: Zn(CH3COOH)22H2O=1:1x:x.）分別稱取一定質(zhì)量的氫氧化鋰（LiOHH2O）、偏釩酸銨（NH4VO3）、醋酸鋅（Zn(CH3COOH)22H2O），然后將它們置于瑪瑙研缽中在紅外燈光照下研磨成粉末，放保濕釜中80℃保濕6小時。等其自然冷卻后打開反應(yīng)釜釜放真空烘干箱烘干，然后取出物品放瑪瑙研缽中在紅外燈光照下研成粉末。即前驅(qū)體LiV1xZnxO8 制備好，放于袋子貼上標(biāo)簽，放干燥釜內(nèi)備用。取適量的LiV1xZnxO8前驅(qū)體，取前驅(qū)物放在馬弗爐。因馬弗爐的性質(zhì)不可以急劇升溫。故在升溫過程中要緩慢升溫，本實驗是30min升溫至400℃。保溫10h后30min內(nèi)降至室溫。取出放于瑪瑙研缽中研磨即得到不同結(jié)晶度的產(chǎn)物，放密封袋中貼上標(biāo)簽，然后放干燥釜中備用。本實驗中采用的流變相法的合成流程圖如圖2所示：調(diào)流變相保濕斧80℃5hLiOHH2ONH4VO3 Zn(CH3COOH)22H2O充分研磨均勻混合冷卻室溫80℃烘干研成粉末LiV1xZnxO8的前驅(qū)體LiV1xZnxO8粉末在400 oC下加熱處理10 h圖2 流變相法合成制備LiV1xZnxO8的流程圖 研究電極的制備將活性物質(zhì)、乙炔黑和聚四氟乙烯（PTFE）按質(zhì)量比8:1:1的比例用異丙醇調(diào)和團(tuán)狀，使其均勻混合且富有彈性，搟壓成膜，置于烘箱中于100 oC烘干，截取直徑為1 cm的圓形膜，且記錄其質(zhì)量以便對其性能進(jìn)行測試，并壓于不銹鋼集流網(wǎng)上制成正極，金屬鋰片作為負(fù)極，電解液為1 mol/L LiClO4的ECDMC溶液（EC與DMC的體積比為1：1）圖4為扣式電池的示意圖。以壓制好的活性復(fù)合物電極為正極，1 mol/dm3 LiClO4的EC/DMC溶液（EC與DMC的體積比為1:1）為電解液，金屬鋰片作為負(fù)極，Celgard2400作為隔膜，在密閉的手套箱中裝配成扣式電池，移出手套箱后立即在扣邊機(jī)中密封。圖3 CR2016型扣式電池實物圖 3結(jié)果與
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