锂离子电池锰系5V正极材料的研究【开题报告+文献综述+毕业论文】.Doc

本科毕业设计 开题报告 化学 锂离子电池锰系5V正极材料的研究 一、选题的背景与意义 随着社会的发展和进步，人类对能源的需求越来越大，而世界经济能源的三大支柱石油、煤炭和天然气也随着人们的大量开采面临枯竭的严峻挑战。为了实现自然环境和自然资源的可持续发展。发展新能源和新能源材料是我国目前必须解决的重大问题。凭借金属锂在所有金属中最轻、氧化还原电位最低、质量能量密度最大的特点，锂电池以电压高、比能量高、储存时间长、比功率大等多个优点成为替代能源之一。正由于锂电池具有别的电池所没有的优点，针对其性能追求更优化的锂电池成为我们研究的热点。 锰系锂离子电池也是人们研究较早的电池，利用锰酸锂作为电池正极材料，不但具有较高电压平台，安全性较好，且价格较为低廉。但锰系锂离子电池的缺点在于比容量较其他电池低，高温循环性能受到限制。随着人们对锰系电池的不断研究及改进，其性能得到了较大提高，应用也越来越广，而其高温循环性能也是研究的重点。 研究的基本内容与拟解决的主要问题： （一）课题研究的主要内容 1. LiNi0.5Mn1.5O4的制备和研究：根据一定化学计量比的锂源、镍源和锰源，利用球磨混合和高温固相反应法获得LiNi0.5Mn1.5O4，再用X-射线粉末衍射分析产物的纯度、结构和粒径大小；用红外光谱分析材料的结构特征和表面官能团。 2. 掺杂Cr的LiNi0.5Mn1.5O4的制备及研究：以三氧化二铬为铬源，通过同样的合成条件获得Cr掺杂LiNi0.5Mn1.5O4正极材料，运用X射线粉末衍射和红外光谱分析Cr掺杂对物质结构的影响，用交流阻抗谱测试Cr掺杂前后电导率的变化，利用充放电测试评价材料的储锂性能。 3. 对比总结出掺Cr后的LiNi0.5Mn1.5O4的优化条件：综合电化学性能的测试结果来指导优化Cr掺杂LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的工作条件。 （二）拟解决的主要问题 1. 通过加入过渡金属Cr来改变锂锰氧化物的性能。 2. 结合X-射线衍射、恒电流放电等方法观察嵌入过渡金属对锂锰氧化物的作用机理。 研究的方法与技术路线： 通过阅读相关锂电池材料的合成制备、性能优化等文献，本课题拟采用以下方案和技术路线 1.样品合成方法 利用球磨混合和高温固相法结合制得LiNi0.5Mn1.5O4和Cr掺杂LiNi0.5Mn1.5O4。 2.产物的表征 用X-射线粉末衍射分析产物的纯度、结构和粒径大小；用红外光谱分析材料的结构特征和表面官能团。 3、产物的性能测试 利用电化学阻抗技术和循环充放电测试对产品的电化学性能进行测试观察。 研究的总体安排与进度： 2010年09月-2010年12月 文献调研、综述、翻译和实验材料的准备 2011年01月-2011年02月 LiNi0.5Mn1.5O4和Cr掺杂LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的固相合成 2011年03月-2011年04月 对比分析Cr掺杂前后LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的结构、电化学性能和储锂能力 2011年05月-2011年05月 实验总结，毕业论文的撰写及答辩 五、主要参考文献： [1] S. Mukerjee, X. Q. Yang, X. Sun, S. J. Lee, J. McBreen, Y. Ein-Eli, In situ synchrotron X-ray studies on copper–nickel 5 V Mn oxide spinel cathodes for Li-ion batteries[J], Electrochimica Acta, 2004, 49: 3373–3382. [2] Y. C. Sun, Z. X. Wang, X. J. Huang, L. Q. Chen, Synthesis and electrochemical performance of spinel LiMn2-x-yNixCryO4 as 5-V cathode materials for lithium ion batteries[J], J. Power Sources, 2004, 132: 161–165. [3] T. A. Arunkumar, A. Manthiram, Influence of chromium doping on the electrochemical performance of the 5V spinel cathode LiMn1.5Ni0.5O4[J], Electrochimica Acta, 2005, 50: 5568–5572. [4] S. B. Park, W. S. Eom, W. I. Cho, H. Jang, Electro