摘 要

在锂离子电池正极材料的制备过程中有一个常见的问题——阳离子混排，它的存在对于正极材料的性能有较大的影响。为了减少阳离子混排，本文采用了静电纺丝法制备了Li₁Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂正极材料，对烧结后的样品分别在氧气的气氛中，用不同的温度进行退火，将所得样品进行XRD分析，得出退火温度对Li₁Ni_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂正极材料的阳离子混排的影响。

关键词：锂离子电池 阳离子混排 正极材料 退火温度

Improve Cation Mixing of LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ Electrode Material of Lithium Battery by Annealing Process

Abstract

During the period of making the lithium-ion battery cathode material,the problem of cation mixing is very common.This phenomenon has some bad impacts at the properties of the cathode material.

In order to reduce the cation mixing, the Li1Ni0.6Co0.2Mn0.2O2 sample was made by electrospinning. After sintered, the sample were annealed at different temperatures in the atmosphere of oxygen.The final sample was analyzed through the XRD test . So we can obtain the effects of annealing temperature on the cation mixing of Li1Ni0.6Co0.2Mn0.2O2 cathode materials .

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景和意义 1

1.2 镍钴锰三元材料的研究现状 4

1.2.1 镍钴锰三元材料的结构 4

1.2.2 镍钴锰三元材料的制备 6

1.2.3 镍钴锰三元材料的改性 7

1.3 选题的原因和意义 8

第二章 实验材料和实验过程 10

2.1 实验的药品和仪器 10

2.2 实验的方法 11

2.2.1前驱液的制备 11

2.2.2静电纺丝制备纺丝体Li-Ni-Co-Mn-O 11

2.2.3烧结与退火处理 12

2.3实验结果与讨论 12

结论 14

致谢 15

参考文献 16

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

当今世界，作为一种生活必需品，电池已经出现在我们生活的每一个角落，小到一块普通的手表，大到一辆飞驰的电动汽车，都有它的身影。回望电池的发展史，有许许多多的科学家为了它的发展做出了巨大的贡献，而这一切的成就都起源于Luigi Galvani(1737~1798，意大利物理学家，动物学家)，Galvani在进行一项生物实验时，意外地发现了在实验的过程中，被试验的青蛙的腿出现了抖动的症状，他对此进行了研究，他将造成这种症状的原因叫做“生物电”，而这也奠定了人类历史上第一块电池的基础。

在研究了Luigi Galvani的实验后，Volta(1745~1827，意大利物理学家)，他以Zn片、Cu片和盐水为原料，制作了一开始的电池。然而，这种电池的电压会随着时间的增长而下降。在1860年，Gaston Planté(1834~1889，法国物理学家)发明了一种可以充电的电池，解决了电池的电压下降的问题。但是蓄电池不仅运输起来十分的笨重，而且使用的时间也比较短。为了解决这一系列的问题，爱迪生进行了许许多多的尝试，在1904年，他发明了更加方便的Ni-Fe电池。

从电池的发明至今，电池家族的队伍不断壮大，从使用便利价格便宜的一次性干电池，到可以反复充放电多次使用的蓄电池，还有各种各样的充电电池、太阳能电池和锂电池等等。

在各种各样的电池之中，使用最多的便是锂电池，它有着高能、环保，能量密度大、电压较高、存放时间长等优势，在性能上远胜于普通电池，这些优势让它在近几十年发展迅猛，为许多移动设备提供电力能源。

锂系电池指的是在电化学体系中含有锂(包括锂单质、锂合金、锂离子和锂聚合物)的电池，锂系电池包括锂原电池和锂离子电池^[27]。锂原电池中存在的是单质状态的锂金属，是仅限单次使用，无法循环利用的电池。因为这种电池的要求限制较多，现在只有少数国家还在生产。不同于锂原电池，Li离子电池在我们的生活中出现的频率更高，使用的范围更广。Li离子电池的正负极材质是不一样的，负极是C，正极是Li(不是纯Li单质，是化合物)，当电池对外有输出功率或者被对内输送功率时，正极上的Li失去电子变成Li ，被电解质输送到负极，因为负极的C元素是输送多孔的结构，会锁住Li ，形成能量的积累，当Li 摆脱C结构的束缚再次回到正极时，形成能量的释放（如图1-1图1-2）。根据输送Li 量的多少可以判断电池的容量的多少。

图1-2 锂电池反应方程式

图1-1 锂电池原理图

在金属锂外只有一个电子，十分容易失去，因此锂的化学性质十分活泼，这就导致了金属锂在保存、使用或是加工的过程中都比其他的金属要复杂许多。所以，锂电池的发展一度停滞不前。后来，由于科学家的不懈努力，对于Li这一元素的研究更加透彻，推动了锂电池的发展。

1958年，Harris提出了对Li原电池电解质的一种想法。1962年，在一次活动中，他正式提出了这一设想，根据这一设想，设计出了Li电池最初的形态。第一块可以充电的锂电池在1972年出现，这就是金属锂二次电池。美国埃克森公司推出的第一款可充电锂电池拥有能够深度充放电一千次并且每次循环损失小于0.05%的优良性能。

但是这种拥有可重复充放电能力的锂电池有一种安全隐患。因为电极材料自身的结构问题，充电过程中电池内部会形成晶枝，过充会造成电池内部的短路，损坏电池。自此，电池的发展停滞不前，直到问题解决。

相关图片展示：