化工畢業(yè)論文范文-

1、20xx屆精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文 題 目 鋰離子電池的制備 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 完成時(shí)間 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 1 - 中文摘要 鋰離子電池是一種充電電池它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。在充放電過程中Li 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌充電池時(shí)Li從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極負(fù)極處于富鋰狀態(tài)放電時(shí)則相反。鋰離子電池由數(shù)十種材料組成但主要部件是如下幾部分正極材料負(fù)極材料電解液材料隔膜粘結(jié)劑和集電體。它們對(duì)電池性能有著不同程度的影響。 關(guān)鍵詞鋰離子電池 正極材料 負(fù)極材料 電解液材料 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 2 - 目錄 前言.3 第一章鋰離子

2、電池綜述.4 1.2鋰離子電池工作原理.4 1.3鋰離子電池的組成.5 1.4鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn).5 第二章鋰離子電池正極材料. . 8 2.1正極材料的性能.8 2.2正極材料的制備.8 2.2.1固相法.9 2.2.2絡(luò)合物法.9 2.2.3溶膠凝膠法.9 2.2.4離子交換法.9 2.3正極材料的發(fā)展前景.9 第三章鋰離子電池負(fù)極材料. . 10 3.1負(fù)極材料的性能.10 3.2負(fù)極材料的制備方法.10 3.2.1炭負(fù)極材料的制備.10 3.2.2氧化物負(fù)極材料的制備.11 第四章鋰離子電池的電解質(zhì)溶液. . 12 4.1鋰離子電池電解液概況.12 4.2電解液材料未來發(fā)展趨勢.12

3、第五章結(jié)論.14 參考文獻(xiàn).15 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 3 - 前言 鋰離子電池目前由液態(tài)鋰離子電池LIB和聚合物鋰離子電池PLB兩類。其中液態(tài)鋰離子電池是指 Li 嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。正極采用鋰化合物L(fēng)iCoO2或LiMn2O4負(fù)極采用鋰-碳層間化合物。鋰離子電池由于工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、能量高、無記憶效應(yīng)、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長是21世紀(jì)發(fā)展的理想能源。 鋰離子電池以其特有的性能優(yōu)勢已在便攜式電器如手提電腦、攝像機(jī)、 移動(dòng)通訊中得到普遍應(yīng)用。目前開發(fā)的大容量鋰離子電池已在電動(dòng)汽車中開始試用預(yù)計(jì)將成為21世紀(jì)電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿﹄娫粗徊⒃谌嗽煨l(wèi)星、航空航

4、天和儲(chǔ)能方面得到應(yīng)用。 本論文的主要目的是通過對(duì)鋰離子電池的工作原理、組成及優(yōu)缺點(diǎn)的介紹結(jié)合鋰離子電池正負(fù)極的性能及制備方法使大家了解鋰離子電池的生產(chǎn)工藝及發(fā)展前景 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 4 - 第一章鋰離子電池綜述 1.1離子電池工作原理 筆記本電腦鋰離子電池 鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極以含鋰的化合物作正極沒有金屬鋰存在只有鋰離子這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中同時(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示而負(fù)極用插入或脫插表示。在充放電過程中鋰

5、離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插被形象地稱為“搖椅電池”。 以LiCoO2為例電池充電時(shí)鋰離子從正極中脫嵌在負(fù)極中嵌入放電時(shí)反之。這就需要一個(gè)電極在組裝前處于嵌鋰狀態(tài)一般選擇相對(duì)鋰而言電位大于3V且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過渡金屬氧化物做正極如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4。為負(fù)極的材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物包括SnO、SnO2、錫復(fù)合氧化物SnBxPyOzx0.40.6y0.60.4z23x5y/2等。 圓柱型鋰離子電池的結(jié)構(gòu)示意圖 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 -

6、5 - 1.2離子電池的組成 鋰離子電池由數(shù)十種材料組成但主要部件是如下幾部分正極材料負(fù)極材料電解液材料隔膜粘結(jié)劑和集電體。它們對(duì)電池性能有著不同程度的影響。 正極材料 鋰離子電池的正負(fù)極活性物質(zhì)均為能使鋰可逆地嵌入脫出的化合物一般選擇電勢相對(duì)金屬鋰電極較高且在空氣中穩(wěn)定的嵌鋰過渡金屬氧化物為正極材料它是電池中鋰離子的“貯存庫”目前所用的正極材料主要是鈷、鎳、錳等含鋰的氧化物如LiCoO2LiNiO2LiMn2O4LiCo1-xNiO4Li1xMn2-xO4等。 負(fù)極材料 負(fù)極材料則選擇電勢盡可能接近金屬鋰電勢的可嵌入鋰的物質(zhì)目前主要采用炭材料石墨、中間相炭微球、石油焦等此外近年來文獻(xiàn)上還有硅

7、基材料、錫基材料、含鋰過渡金屬氮化物、鋰鈦復(fù)合氧化物以及納米過渡金屬氧化物等用作鋰離子電池負(fù)極材料的報(bào)道。 電解液 電解液由有機(jī)溶劑和無機(jī)鋰鹽構(gòu)成有機(jī)溶劑有PC碳酸丙烯酯、EC碳酸乙烯酯、BC碳酸丁烯酯、DMC碳酸二甲酯、DEC碳酸二乙酯、EMC碳酸甲乙酯、DME二甲基乙烷等可以為其 中一種或幾種的混合物。 有機(jī)溶劑的使用使得鋰離子電池的電壓高達(dá)4-5V但同時(shí)電導(dǎo)率降低所以為使電池能在較高電流下充放電電極必須做得很薄。無機(jī)鋰鹽有LiPF6LiBF4LiClO4等其中LiClO4價(jià)格較貴并且具有強(qiáng)氧化性而導(dǎo)致安全性較差LiBF4價(jià)格也較貴相比之下LiPF6價(jià)格較便宜性能也較好所以它目前使用得最多

8、。隔膜鋰離子電池的隔膜材料一般采用聚烯烴系樹脂常用的隔膜有單層或多層的聚丙烯PP和聚乙烯PE微孔隔膜如Celgard 2300為PP/PE/PP三層微孔隔膜。 1.3鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn) 主要優(yōu)點(diǎn) 1 電壓高 單體電池的工作電壓高達(dá)3.7-3.8V磷酸鐵鋰的是3.2V是Ni-Cd、Ni-H電池的3倍 2 比能量大 目前能達(dá)到的實(shí)際比能量為555Wh/kg左右即材料能達(dá)到150mAh/g以上的比容量3-4倍于Ni-Cd2-3倍于Ni-MH已接近于其理論值的約88。 3 循環(huán)壽命長 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 6 - 一般均可達(dá)到500次以上甚至1000次以上磷酸鐵鋰的可以達(dá)到2000次以上。

9、對(duì)于小電流放電的電器電池的使用期限將倍增電器的競爭力。 4 安全性能好 無公害無記憶效應(yīng).作為Li-ion前身的鋰電池因金屬鋰易形成枝晶發(fā)生短路縮減了其應(yīng)用領(lǐng)域Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對(duì)環(huán)境有污染的元素部分工藝如燒結(jié)式的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效應(yīng)”嚴(yán)重束縛電池的使用但Li-ion根本不存在這方面的問題。 5 自放電小 室溫下充滿電的Li-ion儲(chǔ)存1個(gè)月后的自放電率為2左右大大低于Ni-Cd的25-30Ni、MH的30-35。 6 可快速充放電 1C充電30分鐘容量可以達(dá)到標(biāo)稱容量的80以上現(xiàn)在磷鐵電池可以達(dá)到10分鐘充電到標(biāo)稱容量的90。 7 工作溫度范圍高 工作溫度為-

10、2545°C隨著電解液和正極的改進(jìn)期望能擴(kuò)寬到-4070°C。 主要缺點(diǎn) 1衰老 與其它充電電池不同鋰離子電池的容量會(huì)緩慢衰退與使用次數(shù)無關(guān)而與溫度有關(guān)?？赡艿臋C(jī)制是內(nèi)阻逐漸升高所以在工作電流高的電子產(chǎn)品更容易體現(xiàn)。用鈦酸鋰取代石墨似乎可以延長壽命。 儲(chǔ)存溫度與容量永久損失速度的關(guān)系 充電電量 儲(chǔ)存溫度0 儲(chǔ)存溫度25 儲(chǔ)存溫度40 儲(chǔ)存溫度60 4060 2/年 4/年 15/年 25/年 100 6/年 20/年 35/年 80/6月 2回收率 大約有1的出廠新品因種種原因需要回收。 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 7 - 3不耐受過充 過充電時(shí)過量嵌入的鋰離子會(huì)永久

11、固定于晶格中無法再釋放可導(dǎo)致電池壽命短。 4不耐受過放 過放電時(shí)電極脫嵌過多鋰離子可導(dǎo)致晶格坍塌從而縮短壽命。 5需要多重保護(hù)機(jī)制 由于錯(cuò)誤使用會(huì)減少壽命甚至可能導(dǎo)致爆炸所以鋰離子電池設(shè)計(jì)時(shí)增加了多種保護(hù)機(jī)制。 長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 - 8 - 第二章 鋰離子電池的正極材料 2.1正極材料的性能 正極中表征離子輸運(yùn)性質(zhì)的重要參數(shù) 是化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)通常情況下正極活性物質(zhì)中鋰離子的擴(kuò)散系數(shù)都比較低。鋰嵌入到正極材料或從正級(jí)材料中脫嵌伴隨著晶相變化。因此鋰離子電池的電極膜都要求很薄一般為幾十微米的數(shù)量級(jí)。正極材料的嵌鋰化合物是鋰離子電池中鋰離子的臨時(shí)儲(chǔ)存容器。為了獲得較高的單體電池電壓傾向于選

12、擇高電勢的嵌鋰化合物。正極材料應(yīng)滿足 1在所要求的充放電電位范圍內(nèi)具有與電解質(zhì)溶液的電化學(xué)相容性 2溫和的電極過程動(dòng)力學(xué) 3高度可逆性 4全鋰化狀態(tài)下在空氣中的穩(wěn)定性。 研究的熱點(diǎn)主要集中在層狀LiMO2和尖晶石型LiM2O4結(jié)構(gòu)的化合物及復(fù)合兩種MM為CoNiMnV等過渡金屬離子的類似電極材料上。作為鋰離子電池的正極材料Li離子的脫嵌與嵌入過程中結(jié)構(gòu)變化的程度和可逆性決定了電池的穩(wěn)定重復(fù)充放電性。正極材料制備中其原料性能和合成工藝條件都會(huì)對(duì)最終結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。多種有前途的正極材料都存在使用循環(huán)過程中電容量衰減的情況這是研究中的首要問題。已商品化的正極材料有Li1xCoO20LiBF6 LiOSO 2CF3。LiClO4因具有較高的氧化性容易出現(xiàn)爆炸等安全性問題一般只局限于實(shí)驗(yàn)研究中LiAsF6離子導(dǎo)電率較高易純化且穩(wěn)定性較好但含有有毒的As使用受到限制LiBF6化學(xué)及熱穩(wěn)定性不好且導(dǎo)電率不高LiO SO2CF3導(dǎo)電率差且對(duì)電極有腐蝕作用較少使用雖然LiPF6會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)但具有較高的離子導(dǎo)電率因此目前鋰離