电子专业论文锂电池.docx

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电子专业论文锂电池

毕业设计论文

锂离子电池尖晶石氧化锰锂

正极材料的研究

教学单位:

电子信息学院

专业名称:

电子科学与技术

学号:

学生姓名:

指导教师:

讲师

指导单位:

完成时间:

电子科技大学中山学院教务处制发

电子科技大学中山学院毕业设计（论文）任务书

题目名称

锂离子电池尖晶石氧化锰锂正极材料的研究

设计（撰写）内容

锂离子电池尖晶石氧化锰锂正极材料结构和化学性能，制备方法和使用范围。

以及对其以后用途的展望。

预期目标

尖晶石氧化锰锂有很好的电容性能,其电容量很大,并且随着充放电循环的进行,其放电容量有升高的趋势,在锂离子电池正极材料方面具有潜在的应用价值

成果形式

1、毕业设计论文一篇，格式及内容符合学校要求，页数在30页以上；

2、根据相关原理得到部分主要数据、结构图。

设计（撰写）地点

电子科技大学中山学院

起止时间

指导单位

电子科技大学中山学院电子信息学院

指导教师

2010年12月1日

审核意见

审核签名

年月日

电子科技大学中山学院毕业设计（论文）成绩评定表

设计（撰写）过程

评语：

本论文选题有很强的应用价值。

态度端正，文献材料收集详实，学习了MaterialsStudio材料模拟软件有关画晶体结构图方法，对遇到的难点能当面请教，并很快掌握要领。

对锂离子电池正、负极材料有一定了解，特别是尖晶石氧化锰锂正极材料。

综合运用了所学知识解决问题，所得数据、图合理，结论正确，达到了此次设计需要达到的预期要求，

论文格式正确，书写规范，条理清晰，语言流畅。

工作量较饱满，符合本科毕业论文答辩要求，同意该同学提交答辩。

指导教师：

年月日

成绩

论文评阅

评语：

评阅教师：

年月日

成绩

论文答辩

评语：

答辩组长：

年月日

成绩

总分

审核人：

年月日

锂离子电池尖晶石氧化锰锂

正极材料的研究

摘要

锂离子电池在现代新能源中扮演着越来越重要的角色，在目前商品化锂离子电池中，正极材料主要还是氧化钴锂，而钴的数量有限，锂离子电池消耗钴量不少。

另一方面，钴的价格最高，镍的价格其次，而锰的价格是最低的，由于我国的锰储量最丰富，应用氧化锰锂材料可以大大降低成本，而且锰无毒，污染小人们对回收利用问题在一次锂电池中已经积累丰富的经验，因此氧化锰锂成为正极材料研究的热点。

锰氧化材料比较多，主要有三种结构：

隧道结构，层状结构和尖晶石结构。

研究氧化锰锂材料主要有尖晶石结构的LiMn2O4，Li4Mn5O9和Li4Mn5O12，以及层状结构的LiMnO2。

对于LiMn2O4,通过引入适当的杂原子和采用新的溶胶—凝胶法制备可以有效的克服Jahn-Teller效应所造成的容量衰容减现象。

当然通常制备LiMn2O4的方法是固相制备法。

Li4Mn5O9,Li4Mn5O12可以用低温方法合成能作为锂离子电池理想的正极材料。

层状结构的LiMnO2的容量比目前常用的正极材料质量容量均要高，可达270mAh/g，而且循环性能比较理想。

随着电子技术的发展以氧化锰为正极锂离子电池将得到广泛的应用。

关键词：

锂离子电池；正极材料；制备；发展；应用

Researchthespinelstructureoflithiummanganeseoxideastheanodeelectrodeinlithium-ionbattery

Abstract

Lithium-ionbatteriesinthemodernnewenergyplayanincreasinglyimportantroleinthecurrentcommerciallithium-ionbatteries,cathodematerialsoflithiumcobaltoxideismainly,butalimitednumberofcobalt,cobaltlithium-ionbatteryconsumptionalot.Ontheotherhand,thehighestpriceofcobalt,nickelpricesfollowed,butthepriceisthelowestmanganese,becauseofChina'smostabundantreservesofmanganese,theapplicationoflithiummanganeseoxidecansignificantlyreducematerialcosts,andmanganesenon-toxic,pollution,recoveryofpeopleUtilizationinalithiumbatteryhasbeenaccumulatedrichexperience,soascathodematerialoflithiummanganeseoxideofresearch.Moremanganeseoxidematerials,therearethreestructures:

thetunnelstructure,layeredstructureandspinelstructure.StudyoflithiummanganeseoxidespinelstructurematerialsareLiMn2O4,Li4Mn5O9andLi4Mn5O12,andthelayeredstructureoftheLiMnO2.

ForLiMn2O4,byintroducingappropriatecomplexatomsandintroductionofnewsol-gelmethodcaneffectivelyovercometheJahn-Tellereffectcausedbythereducedcapacityofthecapacitydecayphenomenon.Ofcourse,themethodisusuallypreparedbysolidphaseLiMn2O4preparationmethod.Li4Mn5O9,Li4Mn5O12canbesynthesizedatlowtemperaturecanserveastheideallithium-ionbatterycathodematerials.LayeredstructureLiMnO2capacitythanthecurrentcapacityofcommonlyusedcathodematerialshavetobehighquality.Upto270mAh/g,andthecycleperformanceisideal.Withthedevelopmentofelectronictechnologytomanganeseoxideascathodeoflithium-ionbatterieswillbewidelyused.

Keywords:

Lithium-ionbattery;Cathodematerial;Preparation;Development;Applications

目录

1绪论1

1.1电池的发展过程及我国电池发展简史1

1.2锂离子电池诞生过程2

1.3锂离子电池原理，发展及特点3

2锂离子电池材料6

2.1锂离子电池正极材料6

2.1.1氧化钴锂正极材料6

2.1.2氧化镍锂正极材料6

2.1.3LiFePO4正极材料7

2.1.4铁的化合物7

2.1.5钒氧化物8

2.1.6纳米正极材料8

2.2锂离子电池负极材料8

2.2.1碳负极材料9

2.2.2氮化物9

2.2.3硅及硅化物9

2.2.4锡基氧化物和锡化物9

2.2.5新型合金10

2.2.6钛的氧化物10

3尖晶石氧化锰锂正极材料制备，结构和性能研究11

3.1尖晶石LiMn2O4晶体结构11

3.1.1LiMn2O4充放电机理12

3.1.2Li-Mn-O体系三元相图14

3.1.3LiMn2O4容量衰减机理15

3.1.4过充电对材料的影响15

3.1.5合成方法对尖晶石型LiMn2O4结构的性能的影响15

3.2LiMn2O4材料制备工艺16

3.2.1固相合成法16

3.2.2高温固相反应16

3.2.3微波烧结法17

3.2.4固相配位反应17

3.2.5软化学合成法17

3.2.6Penchini制备LiMn2O418

3.2.7沉淀法制备18

3.2.8溶胶-凝胶法18

3.3尖晶石Li4Mn5O12的结构和特点19

3.4其他氧化锰锂正极材料21

3.5晶体立体结构分析23

3.5.1Materialsstudio软件介绍23

3.5.2LiMnO2晶体结构25

3.5.3Li2MnO3晶体结构27

3.5.4Li2MnO2晶体结构29

3.5.5LiMn2O4晶体结构30

3.5.6各晶体之间的比较32

4总结与展望33

致谢34

参考文献35

1绪论

随着人们对电池的比容量，比功率，小型化以及环保等方面要求和提高，锂离子电池及其工作电压高能量密度高，循环寿命长，自放电低，无记忆效应，无污染，安全性能好等独特的优势，已经广泛用作移动电话，便携式计算机，摄像机，照相机等电源，经过短短的几十年迅速的发展，锂离子电池在小型可充电电池的市场中的占有率超过28%，已经取代了传统的铅酸电池和镍镉，镍氢电池，逐渐成为小型电池的主流。

于此同时，环境污染和能源危机使得汽车动力的更新时代也势在必行。

为此世界各发达国家如美国，日本，德国，法国等均高度重视，投入巨资，研制电动汽车用锂离子电池。

在各国政府支持下，日本索尼、三菱汽车公司,日立公司,三洋公司,美国的3M和魁北克公司等公司使用锂离子电池的电动汽车EV（ElectricVehicle）和混合电动车HEV（HybridElectricvehicle）车纷纷亮相。

我国对EV车的开发亦十分重视，已经将次列为“九五国家重大科技产业项目”。

随着全球EV车产业的发展，高能量锂离子电池需求量将是非常可观的，它将在电动汽车，国防军工，航天航海，人造卫星，小型医疗及军用通讯设备中获得更广泛的应用。

随着技术的进步，锂离子电池的安全性和成本问题将逐渐得以解决，其前途不可限量。

目前日本三洋，索尼，松下和我国的比亚迪是全球锂离子电池的四大供应商，而韩国和LG也大力追赶，全球有实力的厂商都出现了扩大投资和增加生产的趋势。

可以预言，锂离子电池将成为最具发展前景的可充电电池，成为21世纪最重要的化学能源之一。

1.1电池的发展过程及我国电池发展简史

电池的发展史由1836年丹尼尔电池的诞生到1859年铅酸电池的发明，至1883年发明了氧化银电池，1888年实现了电池的商品化，1899年发明了镍-镉电池，1901年发明了镍-铁电池，进入20世纪后，电池理论和技术处于一度停滞时期。

但在第二次