锂离子电池正极材料Li2MoO3/C的制备及其电化学性能开题报告

随着科学技术的快速发展，笔记本电脑，智能手机等电子产品和新能源汽车等被人类广泛使用。无论是电子产品还是新能源汽车，电池越来越成为阻碍其行业发展的一大障碍。锂离子电池由于其具有单体电压高，能量密度高，使用安全可靠等，越来越受到人们的关注。目前的锂离子电池中，负极材料的比容量远高于正极材料，因此选择高能量密度正极材料是提高锂离子电池能量密度关键所在。目前大量生产的小型锂离子电池主要采用钴酸锂（LiCoO₂）作正极材料，其能量密度较高而且性能稳定，但钴属于稀有资源，钴酸锂价格昂贵，而且过充时安全性不好，容易引发着火爆炸事故。LiNiO₂的合成条件苛刻，且 LiNiO₂中 Ni² 与Li 离子半径相近，使得部分锂位易被镍占据，可逆性差；尖晶石结构的 LiMn₂O₄在循环使用过程中容易发生晶型转变Jahn-Teller效应和锰离子的溶解,导致电池容量衰减快，高温性能差

开发高性能、低成本的小型锂离子电池以及高安全、高功率及高能量的锂离子动力电池是当今锂离子电池领域的研究热点。富锂锰基正极材料xLi₂MnO₃· 3 (1-x)LiMO₂（0 x 1，M= Mn、Co、Ni…）的可逆比容量高（240 ~ 280 mAh·g-1，2.0~ 4.8 V）、成本低，有望成为下一代锂离子电池正极材料。然而在充电过程中，当充电电压高于4.5V时会出现氧脱出现象，放电电压和能量密度逐渐降低，循环较差，并可能由于氧气释放引发安全隐患等缺点。尽管已经使用表面改性、离子置换和改进合成工艺来提高材料的电化学性能，但是很难消除Li₂MnO₃固有缺陷。

Li₂MoO₃是一种新型的富锂正极材料，具有较大的发展潜力，主要是因为：（1）Li₂MoO₃的Mo⁴ /Mo⁶ 氧化还原电子对可以交换多电子，理论上可以提供339mAh/g的放电比容量，以及Mo⁴ /Mo⁶ 氧化还原电子对的存在使得材料在放电过程不会出现氧的释放及由此产生的晶格转变；（2）六方Li₂MoO₃和LiMO₂相似的晶格参数对构建层-层固溶体十分有利；(3) 最近的研究表明，Li₂MoO₃在空气中十分安全，它的相关复合物在空气中也十分安全；（4）Li₂MoO₃的过度金属层中Mo离子在锂空位中的进出是可逆的、电子在氧离子上的转移也是几乎完全可逆的。

（1）制备均一的Li₂MoO₃前驱体

以分析纯Li₂CO₃、MoO₃作为原材料，首先称取0.05mol Li₂CO₃、0.05mol MoO₃，加入一定量的无水乙醇球磨6个小时，然后放入烘箱80°C条件下烘干，在研钵中研磨均匀，放到高温炉中在600°C温度下保温24个小时得到Li₂MoO₄前驱体。将Li₂MoO₄粉体在研钵中磨细，在管式炉中通入H₂/N₂(5:95,v:v)并在700度的温度下保温48个小时得到Li₂MoO₃粉体，如图1所示。

（2）Li₂MoO₃/C材料的合成

将得到的基体材料与碳材料球磨混合，然后在还原气氛中以650~800摄氏度的温度范围内保温1~3h。其中碳源选择为PVA和酚醛树脂等，如图1所示。

第1—3周：查阅相关文献资料，向指导老师和学长学姐学习基础知识和流程，了解研究的瓶颈等问题； 明确研究内容，制定实验方案，完成开题报告。

第4—7周：基体制备，进行掺杂，探究掺杂量、还原温度对基体的显微结构的影响。

第8—10周：性能测试，测定各工艺条件下合成材料的电化学性能。

第11—12周：结果分析：根据测试结果分析材料结构与性能间的关系。

第13—15周：根据结果及分析完成毕业论文，完成毕业论文答辩。

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