用作微型锂离子电池正极材料的纳米结构纤维的合成与表征

论文摘要

本论文主要是探讨利用溶胶-凝胶结合电喷技术合成纳米结构纤维作为锂离子电池的正极材料，并进一步调查纤维这种新形貌的材料在微型电池上的电化学性能。通过对纤维电性质的研究，以期提高纤维作为锂离子电池正极材料的电化学性能。 第一章中主要介绍了溶胶-凝胶化学的发展以及这种方法的特点和基本原理。并详细介绍了溶胶—凝胶过程的五个主要步骤包括前驱体的水解与缩聚、胶凝、老化、干燥以及热处理过程。重点介绍了溶胶—凝胶过程中每一步的影响因素。接下来，介绍了制备纤维的电喷技术，包括其发展历史，基本原理和基本过程。对电喷装置的改进主要包括对接收器和喷头的改进，同时还介绍了影响纤维结构和形貌的几个主要参数：电压的影响；喷头与接受板之间的距离；溶液的浓度以及溶剂的挥发性。在第三部分中，首先介绍锂离子电池的发展，接下来介绍锂离子电池的组成和基本原理。并详细介绍了锂离子电池正极材料：包括其重要地位以及对电池正极材料的性能要求；国内外锂离子电池正极材料的发展状况；选择纳米结构纤维做为电极材料的依据。最后还对本课题的设计过程进行了介绍，并列举了本论文获得的主要结果。 第二章中采用醋酸锂、醋酸钴为原料，柠檬酸为螯合剂，利用溶胶-凝胶工艺结合单管电喷技术合成纳米结构的LiCoO2纤维，电化学性质测试表明与块体LiCoO2粉体相比，纳米结构的LiCoO2的纤维具有更高的起始充放电容量，但同时也表现出更快的容量衰减。XRD和HRTEM技术对纤维充放电过程进行了跟踪调查，发现循环过程中，电解液与活性电极材料发生的一系列负面反应，导致了锂严重逃离生，另一方面也引起大量钴从活性材料中溶解。因此电解质的分解和活性材料的溶解是导致明显容量衰减的主要原因，为进一步提高电极材料的电化学性质提供了依据。 在第三章的工作中，主要是结合第二章中纳米结构的LiCoO2的纤维所表现出的电化学性质的循环劣势，通过对单管电喷装置进行改进，以LiCoO2溶胶作为核溶液，以MgO溶胶作为壳溶液，利用双管电喷技术制备了具有核壳结构的LiCoO2／MgO纤维。该方法一步实现了核壳材料的合成，所得的LiCoO2／MgO纤

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 第一节 溶胶-凝胶化学
• 1.1.1 溶胶-凝胶化学的发展
• 1.1.2 溶胶-凝胶法的特点
• 1.1.3 溶胶-凝胶法的反应机制和溶胶-凝胶法所用原料
• 1.1.4 溶胶-凝胶法的基本原理
• 1.1.5 溶胶-凝胶化学的基本过程
• 1.1.6 影响溶胶-凝胶过程的因素
• 1.1.7 溶胶-凝胶方法在氧化物纤维制备中的应用
• 第二节 电喷技术
• 1.2.1 电喷技术发展历史
• 1.2.2 电喷的过程及基本原理
• 1.2.3 电喷装置的改进
• 1.2.4 影响电喷纤维结构和形貌的因素
• 1.2.5 纳米纤维在电极材料方面的应用
• 第三节 锂离子电池的研究发展
• 1.3.1 引言
• 1.3.2 锂离子电池的发展历史
• 1.3.3 锂离子电池的组成以及原理
• 1.3.4.锂离子电池正极材料
• 第四节 本课题的选择以及目的
• 第五节 本课题的主要结果
• 参考文献
• 2纤维的合成与电化学性质表征'>第二章 纳米结构的锂离子电池正极材料LiCoO₂纤维的合成与电化学性质表征
• 2.1 概述
• 2.2 前言
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 合成
• 2.3.2 表征
• 2.3.3 电化学性质的测定
• 2.4 结果和讨论
• 2纤维的制备'>2.4.1 LiCoO₂纤维的制备
• 2纤维的电化学性质研究'>2.4.2 LiCoO₂纤维的电化学性质研究
• 2.5 结论
• 2.6 参考文献
• 2/MgO纤维及其电化学性质的表征'>第三章 双管电喷技术合成核壳结构的LiCoO₂/MgO纤维及其电化学性质的表征
• 3.1 概述
• 3.2 前言
• 3.3 实验
• 3.3.1 合成
• 3.3.2 表征
• 3.3.3 电化学性质的测定
• 3.4 结果和讨论
• 2/MgO纤维的形貌和微结构'>3.4.1 核壳结构的LiCoO₂/MgO纤维的形貌和微结构
• 2/MgO纤维的合成'>3.4.2 核壳结构的LiCoO₂/MgO纤维的合成
• 2/MgO纤维的电化学性质的研究'>3.4.3 核壳结构的LiCoO₂/MgO纤维的电化学性质的研究
• 3.5 结论
• 3.6 参考文献
• 1+αV₃O₈纳米片线性排列成一维组装:合成,表征和电化学性质'>第四章 Li_1+αV₃O₈纳米片线性排列成一维组装:合成,表征和电化学性质
• 4.1 概述
• 4.2 前言
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 原料和合成:
• 4.3.2 表征
• 4.4 结果和讨论
• 1+αV₃O₈纳米片的一维组装'>4.4.1 二维的Li_1+αV₃O₈纳米片的一维组装
• 1+αV₃O₈纳米片一维排列结构的制备'>4.4.2.Li_1+αV₃O₈纳米片一维排列结构的制备
• 1+αV₃O₈纳米片线性排列机制'>4.4.3.Li_1+αV₃O₈纳米片线性排列机制
• 1+αV₃O₈纳米片一维排列结构的电化学性质'>4.4.4 Li_1+αV₃O₈纳米片一维排列结构的电化学性质
• 4.5 结论
• 4.6 参考文献
• 2纤维'>第五章 简单的电喷方法制备中空LiNiO₂纤维
• 5.1 前言:
• 5.2 实验
• 5.2.1 合成
• 5.2.2 表征
• 5.3 结果和讨论
• 2纤维的形貌和微结构'>5.3.1 LiNiO₂纤维的形貌和微结构
• 2纤维微结构影响'>5.3.2 PVP的添加LiNiO₂纤维微结构影响
• 2中空纤维的制备'>5.3.3 LiNiO₂中空纤维的制备
• 2中空纤维的形成机制'>5.3.4 LiNiO₂中空纤维的形成机制
• 5.4 结论
• 5.5 参考文献
• 第六章 结束语
• 致谢
• 攻读博士期间发表和待发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表