论文题目: 锂离子电池正极材料LiCo1-xNixO2的合成、改性与电化学性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 无机化学
作者: 童东革
导师: 赖琼钰
关键词: 锂离子电池,合成,改性,电化学表征,废物,回收
文献来源: 四川大学
发表年度: 2005
论文摘要: 采用柠檬酸盐溶胶-凝胶法合成了LiCo1-xNixO2固溶体。XRD 研究表明,柠檬酸盐溶胶-凝胶法可以制备在0≤x≤1 范围的LiCo1-xNixO2连续固溶体。随着镍离子逐渐替代钴离子, LiCo1-xNixO2连续固溶体的a 增加,c 增加,但c/a 减小,材料的层状特性降低。在x≤0.9 时,LiCo1-xNixO2 仍具有较好的层状结构。充放电循环测试结果表明随着Ni 含量的增加,LiCo1-xNixO2的放电容量发生变化;其中,LiCo0.3Ni0.7O2具有较好的电化学性能。所以,我们选用具有较好电化学性能及较易合成的LiCo0.3Ni0.7O2作为进一步研究的对象。采用全谱直读ICP-AES 法对锂离子电池正极材料中锂含量进行了测定研究。选用硝酸作为介质,考察了钴,镍,锰,铁和磷酸根等共存离子的干扰情况。方法快速,准确,选择性好。Li 的回收率达到99.2%～101.3%,相对标准偏差≤1.02%。同时,采用双波长等吸法和标准加入法,以PAR 为显色剂,方便、快速、准确且经济实用地同时测定了锂离子二次电池正极材料LiCo1-xNixO2 体系中的钴、镍,并用ICP 进行了对比,结果令人满意。钴的线性范围是3μg～30μg/25mL,镍的线性范围是0μg～25μg/25mL。在线性范围内,钴、镍标准样品的回收率分别在97.7%～103.7%和97.2%～103.3%。LiCo1-xNixO2样品的测定结果表明:钴和镍的相对标准偏差分别≤2.2%和≤1.2%;Co2+和Ni2+的相对误差分别≤±
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第一章 锂离子电池的研究现状
1.1 概述
1.1.1 电池的发展和分类
1.1.2 锂离子电池的发展和分类
1.1.3 锂离子电池的工作原理
1.1.4 锂离子电池的结构
1.2 锂离子电池主要材料的研究现况
1.2.1 负极材料
1.2.2 电解质材料
1.2.2.1 有机溶剂电解质
1.2.2.2 聚合物电解质
1.2.2.3 无机固体电解质
1.2.3 正极材料
1.2.3.1 LiCoO_2
1.2.3.2 LiNiO_2
1.2.3.3 氧化锰锂正极材料
1.2.3.4 锂钒氧化物
1.2.3.5 聚阴离子材料
1.3 正极材料 LiCo_(1-x)Ni_xO_2的研究进展
1.3.1 LiCo_(1-x)Ni_xO_2的合成方法研究状况
1.3.1.1 固相合成法
1.3.1.2 溶胶—凝胶法
1.3.1.3 共沉淀法
1.3.1.4 微波合成法
1.3.1.5 薄膜合成法
1.3.2 LiCo_(1-x)Ni_xO_2正极材料的改性
1.3.2.1 掺杂改性
1.3.2.2 包覆改性
1.4 展望
1.5 选题意义与研究内容
第二章 LiCo_(1-x)Ni_xO_2固溶体的合成和电化学性质研究
2.1 实验部分
2.1.1 材料合成
2.1.2 仪器与测试条件
2.2 结果与讨论
2.2.1 LiCo_(1-x)Ni_xO_2的XRD 研究
2.2.2 LiCo_(1-x)Ni_xO_2的电化学性质研究
2.3 结论
2.4 本章小节
第三章 锂离子电池正极材料中金属元素的分析方法研究
3.1 ICP-AES 法测定锂离子电池正极材料中锂含量的研究
3.1.1 实验
3.1.1.1 仪器
3.1.1.2 测试条件
3.1.1.3 主要试剂及配剂
3.1.1.4 实验方法
3.1.2 结果与讨论
3.1.2.1 酸的影响
3.1.2.2 酸的用量
3.1.2.3 共存离子的影响
3.1.2.4 样品分析与回收实验
3.1.2.5 精密度试验
3.1.3 结论
3.2 锂离子二次电池正极材料 LiCo_(1-x)Ni_xO_2中钴镍的同时测定分析研究
3.2.1 实验部分
3.2.1.1 主要试剂和仪器
3.2.1.2 实验方法
3.2.1.3 LiCo_(1-x)Ni_xO_2样品分析
3.2.2 结果与讨论
3.2.2.1 吸收光谱
3.2.2.2 共显色反应条件的确定
3.2.2.3 波长组合的确定
3.2.2.4 共存离子的影响
3.2.2.5 工作曲线
3.2.2.6 合成标准溶液的测定
3.2.2.7 样品分析
3.2.3 结论
3.3 一步氧化法测定正极材料LiCo_(1-x)Ni_xO_2中过渡元素平均氧化数研究
3.3.1 实验
3.3.1.1 实验方法和原理
3.3.1.2 主要仪器与试剂
3.3.2 结果与讨论
3.3.2.1 酸用量的选择
3.3.2.2 碘化钾用量的选择
3.3.2.3 样品用量的选择
3.3.2.4 溶样温度的选择
3.3.2.5 样品分析与回收实验
3.3.2.6 精密度试验
3.3.3 结论
3.4 本章小节
第四章 柠檬酸盐溶胶-凝胶法合成LiCo_(1-x)Ni_xO_2固溶体的机理研究
4.1 柠檬酸盐溶胶-凝胶法合成LiCoO_2的机理研究
4.1.1 实验部分
4.1.1.1 材料的合成
4.1.1.2 材料的表征
4.1.2 结果与讨论
4.1.2.1 前驱物的结构与组成研究
4.1.2.2 前驱物的热分解过程
4.1.2.3 烧结过程中 LiCoO_2的表面形貌和比表面变化
4.1.2.4 电化学研究
4.1.3 结论
4.2 柠檬酸盐溶胶-凝胶法合成 LiCo_0.3Ni_0.7O_2的机理研究
4.2.1 实验部分
4.2.1.1 材料的合成
4.2.1.2 材料的表征
4.2.2 结果与讨论
4.2.2.1 前驱物的研究
4.2.2.2 LiCo_0.3Ni_0.7O_2的合成过程研究
4.2.2.3 LiCo_0.3Ni_0.7O_2电化学性质的研究
4.2.3 结论
4.3 Li_2CO_3与相应中间产物反应生成LiCo_0.3Ni_0.7O_2的活化能研究
4.3.1 实验部分
4.3.1.1 材料的合成
4.3.1.2 测试条件
4.3.2 结果和讨论
4.3.3 结论
4.4 本章小节
第五章 溶胶—凝胶法合成 LiCo_0.3Ni_0.7O_2的反应条件研究
5.1 柠檬酸溶胶—凝胶法合成 LiCo_0.3Ni_0.7O_2的反应条件研究
5.1.1 实验部分
5.1.2 结果与讨论
5.1.2.1 柠檬酸用量的影响
5.1.2.2 烧结时间的影响
5.1.2.3 溶剂体系的影响
5.1.2.4 氧分压的影响
5.1.3 结论
5.2 高分子网络法合成 LiCo_0.3Ni_0.7O_2的研究
5.2.1 实验部分
5.2.2 结果与讨论
5.2.2.1 TG/DTA 研究
5.2.2.2 XRD 研究
5.2.2.3 SEM 研究
5.2.2.4 过渡元素平均氧化数分析
5.2.2.5 电化学性能测试
5.2.3 结论
5.3 本章小结
第六章 其他方法合成LiCo_0.3Ni_0.7O_2的研究
6.1 以 Ni_3(OH)_4O_2为镍源合成LiCo_0.3Ni_0.7O_2的研究
6.1.1 实验部分
6.1.2 结果与讨论
6.1.2.1 TG-DTA 研究
6.1.2.2 XRD 研究
6.1.2.3 FTIR 研究
6.1.2.4 样品的元素分析和平均氧化数分析
6.1.2.5 SEM 研究
6.1.2.6 电化学性能的研究
6.1.3 结论
6.2 以β-Co_0.3Ni_0.7OOH为起始原料来合成 LiCo_0.3Ni_0.7O_2
6.2.1 实验部分
6.2.2 结果与讨论
6.2.2.1 TG/DTA 研究
6.2.2.2 XRD 研究
6.2.2.3 SEM 研究
6.2.2.4 LiCo_0.3Ni_0.7O_2中过渡元素的氧化数研究
6.2.2.5 电化学测试
6.2.3 结论
6.3 本章小结
第七章 LiCo_(1-x)Ni_xO_2在贮存过程中的变化
7.1 Li_(1-y)CoO_2的吸湿效应研究
7.1.1 实验部分
7.1.2 结果与讨论
7.1.2.1 Li_(1-y)CoO_2吸湿程度的研究
7.1.2.2 Li_(1-y)CoO_2浸渍液的碱性研究
7.1.2.3 XRD 研究
7.1.2.4 钴的氧化态研究
7.1.2.5 Co_2pXPS 的研究
7.1.2.6 OlsXPS 的研究
7.1.2.7 Li_(1-y)CoO_2的吸湿机理
7.1.3 结论
7.2 LiCo_0.3Ni_0.7O_2在贮存过程中的变化
7.2.1 实验部分
7.2.2 结果与讨论
7.2.2.1 LiCo_0.3Ni_0.7O_2在贮存过程中吸湿程度的变化
7.2.2.2 不同贮存时间的 LiCo_0.3Ni_0.7O_2的浸渍液的碱性研究
7.2.2.3 XRD 研究
7.2.2.4 FTIR 研究
7.2.2.5 不同贮存时间的LiCo_0.3Ni_0.7O_2中过渡元素的平均氧化数分析
7.2.2.6 可能机理分析
7.2.3 结论
7.3 本章小结
第八章 掺鎵对锂离子电池正极材料LiCo_(0.3-x)Ga_xNi_0.7O_2的影响
8.1 实验部分
8.1.1 LiCo_(0.3-x)Ga_xNi_0.7O_2的合成
8.1.2 表征
8.2 结果与讨论
8.2.1 XRD 研究
8.2.2 比表面积和粒度分布研究
8.2.3 电化学性能研究
8.3 结论
8.4 本章小结
第九章 导电高分子材料/ LiCo_(1-x)Ni_xO_2新型复合材料的研究
9.1 实验部分
9.1.1 LiCo_0.3Ni_0.7O_2的合成
9.1.2 聚苯胺/ LiCo_0.3Ni_0.7O_2的原位合成
9.1.3 材料表征
9.2 结果与讨论
9.2.1 酸种类对包覆的影响
9.2.2 酸浓度对包覆的影响
9.2.3 氧化剂用量对包覆的影响
9.2.4 温度对包覆的影响
9.2.5 XRD 研究
9.2.6 FTIR 研究
9.2.7 电化学分析
9.3 结论
9.4 本章小结
第十章 锂离子电池与环境保护
10.1 废旧锂离子二次电池正极材料钴酸锂的回收研究
10.1.1 实验部分
10.1.1.1 废电池的处理
10.1.1.2 表征
10.1.2 结果和讨论
10.1.2.1 电解质的回收
10.1.2.2 活性物质的分离
10.1.2.3 钴的溶解
10.1.2.4 钴的回收
10.1.3 结论
10.2 商用锂离子电池制作废料中 LiCoO_2的回收研究
10.2.1 实验部分
10.2.1.1 LiCoO_2的回收过程
10.2.1.2 材料表征
10.2.2 结果和讨论
10.2.2.1 PVDF 的除去
10.2.2.2 铝屑的除去
10.2.2.3 碳粉的除去
10.2.2.4 LiCoO_2的回收
10.2.3 结论
10.3 本章小节
结论
参考文献
在读期间科研成果简介
致谢
声明
发布时间: 2005-10-08
参考文献
- [1].锂离子电池正极材料LiCo1-xMnxO2的合成与表征[D]. 王春忠.吉林大学2005
- [2].锂离子电池LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正极材料及安全性的研究[D]. 陈玉红.天津大学2007