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摘 要

锂离子电池的研究始于20世纪80年代，90年代日本Sony公司首先实现了锂离子电池的商业化生产。锂离子电池具有能耗低、比容量和比能量高、工作电压高、循环寿命长、自放电小、环境友好、循环性能好、寿命长等显著优点，被广泛应用于笔记本电脑、移动电话、照相机、矿灯等便携式电子设备。

研究与开发新型的电池正极材料是锂离子电池研究中的一项重要内容，目前正极材料的研究主要集中于3种富锂的金属氧化物LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄。本文主要介绍了锂离子电池正极材料的合成方法，其中主要方法是采用低温固相法反应制得LiFeSO₄F_yOH_1-y正极材料。同时比较了几种不同电极材料的结构以及电化学性能，指出了其工作特点和存在问题，并对该领域的研究现状进行了简要的综述。本文还介绍了锂离子电池正极材料计算研究的进展。

通过本文可以发现LiFeSO₄F_yOH_1-y材料具有电化学活性，倍率、循环性能，高离子导电性，和比容量。

关键词：锂离子电池 低温固相法 羟基氟硫酸亚铁锂

Preparation of low-temperature solid lithium-ion battery cathode material LiFeSO₄F_yOH_1-y phase

Abstract

Lithium-ion batteries began in the 1980s, 1990s, Japan's Sony Corporation first to achieve the commercialization of lithium-ion battery production. Lithium-ion batteries have low energy consumption, high specific capacity and specific energy, high voltage, long cycle life, low self-discharge, environmentally friendly, good cycle performance, long life and other significant advantages, has been widely used in notebook computers, mobile phones, cameras, and other portable electronic devices miner.

Research and development of new battery is a lithium ion battery cathode material is an important content of the study, the current study focused on the cathode material three kinds of lithium-rich metal oxides of LiCoO₂, LiNiO₂ and LiMn₂O₄. This paper describes the synthesis of lithium ion battery cathode materials, which is the main method of cathode material prepared by the reaction LiFeSO₄F_yOH_1-y low-temperature solid-phase method. Simultaneously compare the structure and electrochemical properties of several different electrode materials, pointed out the characteristics and problems of their work and the status of research in the field are briefly reviewed. This paper also describes the development of lithium-ion battery cathode materials research computing.

This article can be found through the electrochemically active material having LiFeSO₄F_yOH_1-y, rate, cycle performance, high ionic conductivity, and the specific capacity.

Key Words: Lithium ion battery;Low-temperature solid-phase method;Ferrous sulfate lithium fluoride.

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 锂离子电池 1

1.2.1 简介 1

1.2.2 锂离子电池的工作原理 1

1.2.3 工作状态和效率 2

1.3 锂离子电池正极材料 2

1.3.1 锂离子二次电池正极材料 2

1.3.2 对锂离子电池正极材料的要求 6

1.4 锂离子电池正极材料的实验研究 6

1.4.1 锂离子正极材料的合成方法 6

1.5 影响正极材料电化学性能的因素 8

1.5.1 结晶度 8

1.5.2 化学计量偏移 8

1.5.3 颗粒尺寸及分布 9

1.5.4 材料结构和组成均匀性 9

第二章 实验方法 10

2.1 实验试剂及仪器 10

2.1.1 实验试剂 10

2.1.2 实验设备 10

2.2 材料合成 11

2.2.1 LiFeSO₄F_yOH_1-y前驱体的制备 11

2.2.2 LiFeSO₄F_yOH_1-y材料的制备 11

2.3 LiFeSO₄F_yOH_1-y材料性能表征 12

2.3.1 热分析 12

2.3.2 X-射线衍射分析 12

2.3.3 扫描电子显微镜分析 13

2.4 LiFeSO₄F_yOH_1-y材料的电化学性性能测试 13

2.4.1 电极制备 13

2.4.2 电池组装 13

2.4.3 充放电性能测试 14

第三章 实验分析与讨论 16

3.1引言 16

3.2 LiFeSO₄F_yOH_1-y材料的热重分析 16

3.3反应介质对前驱体的影响 17

3.4反应温度对前驱体的影响 17

3.5反应时间对前驱体的影响 20

3.6 煅烧温度对材料的影响 21

3.6.1 煅烧温度对材料物相的影响 22

3.6.2 煅烧温度对材料微观形貌的影响 23

3.6.3 煅烧温度对材料电化学性能的影响 23

3.7 煅烧时间对材料的影响 24

3.7.1 煅烧时间对材料物相的影响 25

3.7.2 煅烧时间对材料微观形貌的影响 26

3.7.3 煅烧时间对材料电化学性能的影响 27

第四章 结论与展望 29

4.1结论 29

4.2展望 29

参 考 文 献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1引言

锂离子电池的研究始于20世纪80年代，90年代日本Sony公司首先实现了锂离子电池的商业化生产。锂离子电池具有能耗低、比容量和比能量高、工作电压高、循环寿命长、自放电小、环境友好、循环性能好、寿命长等显著优点，被广泛应用于笔记本电脑、移动电话、照相机、矿灯等便携式电子设备。随着人们对环保、安全稳定电源要求的日益增加以及电动汽车的发展，作为绿色、环保、高能的锂离子电池得到了更广泛的应用电池性能的提高主要取决于组成电池的电极材料和电解质材料性能的提高而电极材料的选择在很大程度上决定了锂离子电池的性能及价格。相比负极而言，锂离子电池正极材料的研究相对滞后，其能量密度和功率密度都较低，因而正极材料的研究成了锂离子电池材料研究的焦点和热点^[1]。

本文主要介绍低温固相法制备锂离子电池正极材料LiFeSO₄F_yOH_1-y。

1.2 锂离子电池

1.2.1 简介

锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料的一类电池的总称。常见的正极材料有LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等；负极则采用碳材料；电解质为盐的有机溶剂，常用的溶剂主要包括碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲(DMC)、 以及氯碳酸酯(Cl MC) 等。在充放电的过程中，锂离子在正负极间往返嵌入和脱出，因此人们形象地称之为“摇椅电池”(rocking chair batteries，简RCB)。

1.2.2 锂离子电池的工作原理

锂离子电池以碳素作为负极材料，以锂离子嵌入化合物为正极材料。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱出过程。在锂离子的嵌入和脱出过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱出表示，而负极用插入或脱出表示）^[2]。其工作原理如图1-1所示。

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