论文题目: 锂离子电池正极材料粉体合成和制备研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 苏力宏
导师: 乔生儒
关键词: 锂离子电池,超细粉体,四氧化三钴,正极材料,低温固相反应
文献来源: 西北工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 电子信息时代对移动电源需求快速增长,适应这一形势而出现的锂离子电池不仅具有高电压、高质量比电容量的突出优点,而且循环寿命长、安全性能好,使其在多方面展示了广阔的应用前景,成为近几年移动电源领域研究的热点。然而目前锂离子电池正极材料在比电容量、循环寿命方面存在大量有待提高的问题。其中关键问题之一,就是如何制成高活性、晶体结构缺陷少和不存在无序杂质的锂离子电池电极正极材料。理论研究和实验表明,粉体固相反应原料的粒度细,则固相反应温度可以降低,更有利于制成高活性材料,超细原料低温固相反应制备出的正极材料比电容量高而且晶体结构缺陷更少。本文从制备超细和纯度高的Co3O4原料出发,进行了低温固相法合成研究,力图解决这些问题。首先提出均匀凝胶沉淀法新方法,采用此新技术合成了超细Co3O4,研究了各种因素对合成过程的影响,采用复配沉降剂,获得了絮凝状中间体,经测试证明絮凝状中间体含有大量羟基。经试验获得均匀凝胶沉淀法新技术优化后的工艺参数为:反应温度控制为273.15K左右,pH值为9.0-9.5之间,搅拌转数为300转/分,陈化时间24hr以上,水洗去除杂质,按温度分步烘干。所制得超细Co3O4粉体与国产其他同类产品相比,具有X-衍射测试特征峰宽化明显,并且随着2θ角增大,同一晶面半高峰宽增加,显示晶胞超细化;d值与标准卡片对比准确,表明生成了完整的Co3O4晶胞。粒度分布窄,按体积计D50%为2.5μm左右,比表面积为2.906m2/g。按颗粒数目计D50为0.069μm,比表面积为8.49m2/g,分散性好。所制Co3O4粉体形貌为球形,不同于国产的棒状型和球形团聚体,显示了材料制备理论上公认的原料各向同性的优点。其疏松密度明显低于市场国产其它产品,约为其1/8-1/10。化学性能测试表明,得到的Co3O4杂质含量少,钴含量达到72.83%,表明Co3O4已充分氧化。以自制超细Co3O4为原料,进行了钴酸锂固相法合成反应,研究了影响整个过程的各个因素,优化了混合、研磨、固相反应温度、以及洗涤除杂等工艺参数。Co3O4粉体与Li2CO3研磨达到外观观察混合均匀的条件下,超细Co3O4产品所需时间(约1h)是市售Co3O4(约4-5h)的1/4-1/5。在低温(400℃)超细Co3O4固相反应制备的钴酸锂粉体为层状结构,晶格结构完整,其粉体粒度D50%为
论文目录:
摘要
Abstract
论文主要创新和贡献
物理量名称及符号表
第1章 绪论
1.1 电池发展的回顾
1.1.1 电池的定义
1.1.2 IEC 标准及电池常用标准
1.2 锂离子二次电池技术
1.3 锂离子电池的电化学原理
1.3.1 锂离子电池的电化学反应和特点
1.4 锂离子电池电极材料和电解质分析
1.4.1 锂离子电池用负极材料
1.4.2 电解质
1.4.3 其它的锂离子电池辅助材料
1.5 锂离子电池用正极材料
1.5.1 LiC002 正极材料
1.5.2 正极材料的合成及电化学参数比较
1.5.3 正极材料性能对比和分析
1.6 本文研究思路和重点介绍
参考文献
第2章 超细高纯 Co_3O_4 粉体的制备工艺
2.1 引言
2.2 Co_3O_4 的合成
2.2.1 原料选择
2.2.2 Co_3O_4粉体的合成工艺
2.3 均匀凝胶沉淀法制备 Co_3O_4 粉体工艺
2.3.1 均匀凝胶沉淀法反应机理分析
2.3.2 pH 对絮凝状中间体沉淀反应过程影响
2.3.3 反应合成温度
2.3.4 反应搅拌转速
2.3.5 絮凝状中间体陈化时间
2.3.6 凝胶沉淀洗涤次数
2.3.7 凝胶沉淀烘干条件
2.3.8 制备过程溶液颜色和产品颜色变化规律及分析
2.4 Co_3O_4 粉体的检测和分析
2.4.1 所用测试仪器
2.4.2 粉体的物理性能检测
2.4.3 超细Co_3O_4 物理性能与市售产品比较
2.4.4 粉体化学性能检测
2.5 锂盐的选择
2.6 本章小结
参考文献
第3章 低温固相反应法合成钴酸锂粉体
3.1 引言
3.2 钴酸锂低温固相法合成工艺
3.2.1 主要实验仪器和原料
3.2.2 合成参数
3.2.3 超细Co_3O_4 粉体低温固相反应合成钴酸锂
3.3 结果分析和讨论
3.3.1 Co_3O_4 和 Li_2CO_3 的配比及分析
3.3.2 研磨混合
3.3.3 固相反应参数
3.3.4 洗涤去除过量锂的试验
3.3.5 钴酸锂湿料干燥试验
3.3.6 实验中注意事项
3.4 钴酸锂物化性能测试研究
3.4.1 物理性能测试
3.4.2 晶相结构测试结果和分析
3.4.3 化学性能测试
3.5 Co_3O_4超细化的优点
3.6 超高频微波合成钴酸锂
3.6.1 试验
3.6.2 超高频微波合成钴酸锂
3.7 本章小结
参考文献
第4章 固相反应法合成钴酸锂粉体的粒度增长模型
4.1 引言
4.2 固相反应非线性描述的数学理论基础
4.3 固相合成钴酸锂过程机理分析
4.4 模型的建立
4.5 模型的计算
4.6 模型计算与测试结果的比较
4.7 本章小结
参考文献
第5章 低温固相反应法合成钴酸锂组装电池实验
5.1 引言
5.2 电池性能测试仪器
5.3 锂离子电池基本测试要求
5.3.1 电池环境适应性参数测试
5.3.2 电池使用安全性能测试
5.3.3 电池充电性能测试
5.3.4 电池放电性能测试
5.3.5 电池容量的测定
5.4 其它测试要求
5.4.1 分选检测
5.4.2 电池使用寿命及检测
5.4.3 电池内阻、内压的测定
5.4.4 锂离子电池温度特性测定
5.5 电池装配和测试
5.5.1 超高频微波合成LiCoO_2正极材料电性能测试
5.6 低温固相反应合成 LiCoO_2 正极电池组装测试
5.7 本章小结
参考文献
第6章 结 论
1. 全文主要研究结论
2. 进一步研究工作建议
附录1
附录2
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
西北工业大学学位论文知识产权声明书
西北工业大学学位论文原创性声明
发布时间: 2006-10-30
参考文献
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- [2].碳材料改善锂离子电池正极材料性能的研究[D]. 杨新河.北京理工大学2016
- [3].锂离子电池多物理模型参数辨识及健康特征提取[D]. 张立强.哈尔滨工业大学2015
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