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锂离子电池电极材料的制备及其电化学性能研究

作　者: 杨双磊
导　师: 邓凌峰
学　校: 湖南工业大学
专　业: 材料学
关键词: 锂离子电池 正负极材料 NiO Li4Ti5O12 PTPAn Li4Ti5O12/NiO复合材料 电化学性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


由于锂离子电池采用了锂离子存贮材料取代了金属锂,改善了锂电池由于枝晶生成所造成的安全隐患及循环性能差等缺点,并保留了锂离子电池高电压的优点,同时还兼具能量密度大,重量轻,体积小,循环寿命长,无记忆效应,环境友好等优点,近年来发展很快。本论文对锂离子电池负极材料NiO和Li4Ti5O12及其复合电极材料进行了研究,并对聚三苯胺做为锂离子电池正极材料进行了探讨。⑴利用沉淀法制备了过渡金属氧化物纳米NiO。研究了过渡金属氧化物NiO的电化学性能。结果表明,由于NiO贮锂机理,与传统的锂插入脱锂或形成锂合金机理均不一样。所以,它是一种优良的锂离子电池负极材料。⑵利用固相反应法制备了尖晶石结构的Li4Ti5O12,研究了烧结温度和烧结时间对产物电化学性能的影响。从而提高产物电化学性能,为Li4Ti5O12负极材料的研究有着重要的意义。⑶首次对Li4Ti5O12/NiO复合材料进行了研究。研究了NiO的添加比例对Li4Ti5O12/NiO复合材料电化学性能的影响。结果表明,当NiO添加量为10%时,复合材料的容量与循环寿命与Li4Ti5O12相比,均有较大的提高。⑷采用氧化聚合的方式合成了锂离子电池正极材料PTPAn。通过测试研究了PTPAn的产物结构以及电化学性能。研究表明,PTPAn作为锂离子电池正极材料有着良好的电化学性能,首次放电容量达到101.34mAh/g,并且循环性能良好。⑸对本论文工作进行了总结,并对锂离子电池正负极材料的后续研究进行了展望。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-25
  1.1 锂离子电池的研制背景  10-11
  1.2 锂离子电池的工作原理与结构  11-13
  1.3 锂离子电池的应用简介  13
  1.4 锂离子电池正极材料  13-15
  1.5 锂离子电池电解液  15
  1.6 锂离子电池粘结剂和导电剂  15-19
  1.7 锂离子电池负极材料  19-23
    1.7.1 碳素类材料  19-21
    1.7.2 合金类材料  21
    1.7.3 过渡金属氧化物  21-22
    1.7.4 锂金属氮族元素化合物  22-23
    1.7.5 其他负极材料  23
  1.8 本课题研究的目的和意义  23-25
第二章 负极材料NiO的制备及电化学性能研究  25-30
  2.1 引言  25-26
  2.2 实验部分  26-27
    2.2.1 实验原料及主要仪器  26
    2.2.2 氧化镍的制备  26
    2.2.3 氧化镍的表征  26
    2.2.4 电池的组装  26-27
  2.3 结果与讨论  27-29
    2.3.1 氧化镍的XRD 分析  27-28
    2.3.2 氧化镍的电化学性能研究  28-29
  2.4 小结  29-30
第三章 钛酸锂的制备及电化学性能研究  30-40
  3.1 引言  30-34
    3.1.1 钛酸锂的结构与性能  30-32
    3.1.2 钛酸锂的制备方法  32-33
    3.1.3 Li_4Ti_5O_(12) 存在的问题  33-34
  3.2 实验部分  34-36
    3.2.1 实验原料及主要仪器  34
    3.2.2 实验原理  34-35
    3.2.3 钛酸锂的制备  35
    3.2.4 电池的装配  35-36
  3.3 实验结果和分析  36-38
    3.3.1 热重分析  36
    3.3.2 XRD 分析  36-37
    3.3.3 钛酸锂电化学分析  37-38
  3.4 小结  38-40
第四章Li_4Ti_5O_(12)/NiO 复合电极材料的电化学性能  40-46
  4.1 引言  40-41
  4.2 实验部分  41-42
    4.2.1 Li_4Ti_5O_(12)/NiO 复合电极的制备  41-42
    4.2.2 电池的装配  42
  4.3 Li_4Ti_5O_(12)/NiO  42-45
    4.3.1 Li_4Ti_5O_(12)/NiO  42-44
    4.3.2 Li_4Ti_5O_(12)/NiO  44-45
  4.4 结论  45-46
第五章 锂离子电池正极材料聚三苯胺的合成及电化学性能  46-51
  5.1 引言  46
  5.2 实验  46-47
    5.2.1 主要仪器与试剂  46
    5.2.2 PTPAn 的合成  46-47
    5.2.3 PTPAn 的表征  47
    5.2.4 模拟电池的组装和电化学性能测试  47
  5.3 结果与讨论  47-50
    5.3.1 PTPAn 的X 衍射图和红外光谱  47-48
    5.3.2 PTPAn 的循环伏安曲线  48-49
    5.3.3 PTPAn 的充放电曲线  49-50
    5.3.4 PTPAn 的循环曲线  50
  5.4 结论  50-51
第六章 结论与展望  51-53
  6.1 结论  51-52
  6.2 展望  52-53
参考文献  53-61
附录  61-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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