【正文】 金屬氧化物和鋰的化合物，如 Li xCoO2， Li xNiO2 以及尖晶石結(jié)構(gòu)的 LiMn2O4 等，這些正極材料的插鋰電位都可以達(dá)到 4V 以上。典型的鋰離子蓄電池體系由碳負(fù)極 (焦炭、石墨 )、正極氧化鈷鋰 (LixCoO2）和有機(jī)電解液三部分組成。 鋰離子電池實(shí)質(zhì)上是鋰離子電池，由兩個(gè)不同的鋰離子的插層化合物構(gòu) 成的鋰離子電池的正極和負(fù)極的濃度。構(gòu)成電極的嵌入化合物和鋰離子的鋰離子濃度影響的鋰離子電池的工作電壓。 圖 1 鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖 圖 2 圓柱形鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖 鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、隔膜和電解液等四大部分組成。 鋰電池在充電中具有如下的特性 : ，電壓是逐漸上升的 。 ，電量不斷增加 。 經(jīng)過多年的研究，已經(jīng)找到了較好的充電控制方法 : 。安 全電流為小于 。 ，電流逐漸減小 。 這種 CCCV 的充電方式能很好的到達(dá)電池的充滿狀態(tài)，并且不損害電池，已經(jīng)成為鋰離子電池的最主要充電方式。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。相反放電。它是現(xiàn)代高性能電池的代表。 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。一般采用含有鋰元素的材料作為電極的 電池 。 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。這就需要一個(gè)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 LiCoO LiNiO LiMn2O4。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。外殼采用鋼或鋁材料蓋體組件具有防爆斷電的功能。 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。 （ 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。 （ 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 。 2 實(shí)驗(yàn) 試劑和儀器： 化學(xué)試劑： 試劑 簡介 LiOH 2H2O 廣東) 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 CR2020 手動扣式電池封邊機(jī) 恒電流充放電實(shí)驗(yàn)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（ LiOH2H2O=1:1x:x.）分別稱取一定質(zhì)量的氫氧化鋰（ LiOH2H2O），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(shí)。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 。因馬弗爐 的性質(zhì)不可以急劇升溫。 保溫 8 10h 后 30min 內(nèi)降至室溫。本實(shí)驗(yàn)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℃ 5h LiOH2H2O 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 9 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。 3 結(jié)果與討論 LiV1xZnxO8 產(chǎn)物的 XRD 圖譜 分析 圖 3 CR2020 型扣式電池實(shí)物圖 10 圖 41 400℃溫度下 加熱得到的 LiV3O8的 XRD 圖譜 圖 42 400℃ XRD 譜圖 11 圖 41 為 400℃ 空氣 條件 下分別加熱處理前驅(qū)體 10 h 所得的 LiV3O8產(chǎn)物的XRD 圖譜。從該圖可以看出 Zn 含量為 的樣品已經(jīng)有一定的結(jié)晶度，而隨著加熱溫度的提高，產(chǎn)物的衍射峰則越來越強(qiáng)，峰形也越來越尖銳，結(jié)晶度也越來越高。經(jīng)對照 JCPDS 數(shù)據(jù)庫，所得 的位置與文獻(xiàn)圖譜 的位置 基本 一致 。 這說明通過流變相法已經(jīng)合成了產(chǎn)物。圖 5 為不同比例下加熱處理 10 h 得到的 LiV1xZnxO8樣品在放電速率為 30 mA/g、截止電壓為 V時(shí)的首次放電曲線。其中 比例下得到 的 30 mA/g 的電流條件下給出的容量最高。 由圖 9 可以看出， Zn 比例 為 、 的摻雜樣品 的充放電循環(huán) 曲線走勢較好， 事實(shí)上，影響電池放電容量的因素 較 多， 比如 電極材料的合成方法、電極與電池的組裝工藝、 隔膜與電解液 的選擇、正負(fù)極之間的匹配與相互作用、環(huán)境溫度等 等 。流變相法合成和煅燒時(shí)不同比例的 Zn 擴(kuò)散至 LiV3O8材料的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，通過柱狀支撐作用增大 LiV3O8材料的層狀結(jié)構(gòu)，為 Li+的嵌入提供了比以前更多的空位 。鋰離子可以排列在八面體點(diǎn)上。因?yàn)?Zn 離子的直徑遠(yuǎn)大于鋰離子的，所以 Zn 離子導(dǎo)致了夾層距離的擴(kuò)大 ， 這導(dǎo)致了鋰離子 在充電 /放電循環(huán)的 插入 /導(dǎo)出過程更容易。 LiV3xZnxO8 產(chǎn)物的放電容量 －循環(huán)周次圖分析 15 圖 10 400℃ 下加熱得到的不同比例的 LiV1xZnxO8的循環(huán)放電圖 如圖 10 所示為 400℃下 、 、 、 各比例的處理 10 h 得到的LiV1xZnxO8樣品 在 30 mA/g 的電流速率下的放電容量－循環(huán)周次圖。而 和 遠(yuǎn)不如這兩個(gè)比例的循環(huán)。從圖中可以看出，在 30 mA/g 的電流速率下， 400 oC 的 10 h 的樣品首次容量 較 高，達(dá)到304 mAh/g，在經(jīng)過 2 次充放電之后 ,其放電容量已基本穩(wěn)定，在經(jīng)過 25 周循環(huán)之后，其比容量仍能達(dá)到 250 mAh/g 以上；而產(chǎn)物 LiV3O8首次放電容量僅為 290 mAh/g，經(jīng)過 21 周循環(huán)之后，放電容量為 220 mAh/g，這說明產(chǎn)物 在 400℃ 煅燒10 小時(shí) 的循環(huán)性能良好 。 增強(qiáng) ： 摻 Zn離子占據(jù) V3O8的夾層點(diǎn)，從而導(dǎo)致了夾層距離的增加，這是因?yàn)?Zn離子的直徑元大于 Li離子的。因此 獲得 一個(gè)更好的電化學(xué)性質(zhì)。 圖 9 給出了 400℃ 下熱處理 10 h 得到的 LiV3O8樣品 在 30 mA/g 的電流速率下的放電容量－循環(huán)周次圖。但是不如 350 度 比例的產(chǎn)物。研磨后在不同溫度煅燒 10 小時(shí)。 與不摻 Zn 的 LiV3O8相比， LiV1xZnxO8在放電容量、循環(huán)性能等電化學(xué)性能表現(xiàn)了良好的優(yōu)越性。 20 致 謝 至此，本文已經(jīng) 寫作完成 ，時(shí)間過得真快，我大學(xué)四年的時(shí)間也即將結(jié)束。感謝 父母對我的 支持 你們 含辛茹苦 為我 的學(xué)習(xí)創(chuàng)造條件， 你們 總是站在我身后默