現(xiàn)今傳統(tǒng)化石燃料過(guò)度開(kāi)發(fā)及消耗引起的能源危機(jī)以及環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注,開(kāi)發(fā)環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展的儲(chǔ)能設(shè)備具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。鋰離子電池具有諸多優(yōu)點(diǎn),作為一項(xiàng)革新技術(shù)替代了傳統(tǒng)能源,并被廣泛使用,成為人們生活中必不可少的發(fā)明。在現(xiàn)如今商業(yè)應(yīng)用的鋰離子電池正極材料中,容量普遍偏低,且各種材料都存在一定局限,在物質(zhì)飛速發(fā)展的如今,這很難滿(mǎn)足人們對(duì)鋰離子電池高容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命的需求。在鋰離子電池的性能改善中,開(kāi)發(fā)具有高比容量的新型電極材料,尤其是正極材料,是非常重要的。而過(guò)渡金屬硫化鎳具有較高的理論容量和較低廉的原料成本,而被認(rèn)為是具有研究?jī)r(jià)值的鋰離子電池正極材料;然而,過(guò)渡金屬硫化鎳導(dǎo)電性不高（于碳材料或合金材料等相比）以及循環(huán)壽命差等缺點(diǎn),這使得其在鋰離子電池中的應(yīng)用受到諸多限制。目前多采用制備多樣化的納米結(jié)構(gòu)的材料、碳材料復(fù)合材料或者是與導(dǎo)電基底結(jié)合來(lái)改善其性能。本文主要闡述了鋰離子電池的發(fā)展、結(jié)構(gòu)、工作原理、電極組成及其研究方法等內(nèi)容;詳細(xì)介紹了目前商業(yè)化的幾種正極材料及其合成方法、本實(shí)驗(yàn)中要用到的儀器試劑設(shè)備及材料表征方法。本文主要利用簡(jiǎn)單的水熱法優(yōu)化合成硫化鎳產(chǎn)物。... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論6充電時(shí)：2→12+++6+++→6放電時(shí)：12+++→26→6+++1.2鋰離子電池正極材料研究進(jìn)展正極材料是整個(gè)電芯的核心，電池的容量、壽命、成本都受到正極材料的影響和制約，因此廉價(jià)高性能正負(fù)極材料的研究和開(kāi)發(fā)一直是鋰離子電池研究的重點(diǎn)，理想的正極材料應(yīng)滿(mǎn)足：（1）為保證電池的高電壓，脫、嵌鋰電位要盡量高；（2）理論容量要大，電池的實(shí)際容量不可能達(dá)到理論容量，但理論容量決定了電池容量的上限，只有材料的理論容量高了，實(shí)際容量才有可能盡量的高；（3）材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能承受鋰離子脫、嵌過(guò)程中引起的結(jié)構(gòu)變化，使得電池穩(wěn)定性好；（4）同樣不與電解液發(fā)生反應(yīng)；（5）能夠大功率充放電，滿(mǎn)足現(xiàn)階段電子設(shè)備快充的需求；（6）安全環(huán)保，價(jià)格合適。目前電池正極材料的種類(lèi)很多，合成方法也是大不相同，詳見(jiàn)圖1.3和表1.2。但是研發(fā)成功并實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用的多為過(guò)渡金屬嵌鋰氧化物，如金屬硫化物、過(guò)渡金屬氧化物以及聚陰離子化合物等，商業(yè)化的正極材料主要圍繞著磷酸鐵鋰（LiFePO4）、三元材料（LiNixCoyM1-x-yO2，其中M=Al或Mn）、鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）這四種，其中三元材料是容量最高的，磷酸鐵鋰的穩(wěn)定性與安全性最好的。圖1.3鋰離子電池商業(yè)化現(xiàn)狀Fig.1.3Schemeofcommerciallithiumionbatterycathodematerial.

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論7表1.2鋰離子電池主要正極材料對(duì)比Table1.2Comparisonofmainlithiumionbatterycathodematerials.正極材料鈷酸鋰鎳酸鋰錳酸鋰磷酸鐵鋰三元材料理論容量/mAhg-1274274148170280實(shí)際容量/mAhg-1140~160190~21090~120130~140160~210結(jié)構(gòu)層狀層狀尖晶石橄欖石層狀電壓平臺(tái)/V3.93.83.73.43.8循環(huán)性能適中較差適中良好適中金屬儲(chǔ)量貧乏較貧乏豐富豐富豐富原料成本很高高低廉低廉適中安全性能較差較差良好良好一般有無(wú)毒性有有無(wú)無(wú)無(wú)適用領(lǐng)域3C領(lǐng)域小電池動(dòng)力電池動(dòng)力電池動(dòng)力電池1.2.1鈷酸鋰LiCoO2鈷酸鋰（LCO）是最先也是最成功商業(yè)化的層狀含鋰過(guò)渡金屬氧化物電極，最先由索尼在上世紀(jì)九十年代實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，至今仍在鋰離子市場(chǎng)上占主要位置。LCO屬于α-NaFeO2型層狀結(jié)構(gòu)，適合鋰離子的脫、嵌，從其晶格結(jié)構(gòu)圖1.4中可以看出，CoO6和Li交替分層堆疊形成層狀結(jié)構(gòu)，其中鈷離子和鋰離子分別占據(jù)氧的立方密堆中八面體空隙的位置。其合成方法主要有傳統(tǒng)的高、低溫固相合成法[14,15]，這也是最常用最成熟的方法，主要研究側(cè)重點(diǎn)在如何提高材料顆粒的均勻性、降低煅燒溫度等；新興的溶膠-凝膠法[16]，反應(yīng)物原子水平混合，均勻性好，即使低溫煅燒結(jié)晶度也良好，但是成本高，需要大量凝膠骨架；水熱法[17]，制得的材料循環(huán)性不好；以及噴霧干燥法[18]等。圖1.4鈷酸鋰的層狀晶體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1.4CrystalstructureoflayeredLiCoO2.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3265816