碳包覆Li1.8Mn0.8Co0.2O2.8锂离子电池正极材料的制备与电化学性能开题报告

作为一种新型储能电池，锂离子电池具有电压高、比能量大、充放电时间长、无记忆效应、对环境污染小、快速充电、安全性能好等优点。锂离子电池正逐步占领便携式电子产品市场，诸如照相机、电脑、手机等。在医学、航天等领域锂离子电池也是大放异彩，可以说锂离子电池的发展也推动着电子产品的发展。随着化石燃料的枯竭，以及环境危机的加剧，动力电池将逐步代替石油成为交通工具的动力来源，而锂离子电池的研究是目前最有望解决这一问题的关键。

锂离子电池主要由正极材料，负极材料，电解质，隔膜以及黏结剂等材料构成，人们一致认为电池中正负极活性材料是控制锂离子电池性能的关键材料。正极材料是锂离子电池领域的研究重点，其中Li₂MnO₃基正极材料由于具有较高的理论比容量，原料便宜等优点，有很大潜力成为未来储能电池和动力电池的正极材料之一。但目前纯的Li₂MnO₃材料还存在一定的问题，例如导电性差，导致其倍率性能较差。碳材料改性方法主要有表面改性（表面氧化）、掺杂、包覆（金属、者金属氧化物或聚合物）。表面氧化使其膨胀间隙增加，从而提高石墨的循环效率；还可产生大量微纳米空洞，增加可逆容量。包覆改性不但能提高提高石墨的循环稳定性，还能通过改善石墨间的导电性，从而提高比容量和倍率性能。提高碳材料性能的另一种方法是引入金属或者非金属进行掺杂，这是因为改变了碳的微观结构和电子状态。目前主要是通过在过渡层引入Co，Ni等元素提高其导电性，但其导电性改善较为有限。针对LiFePO₄的研究表明，该材料也是一种导电性较差的材料，通过碳包覆技术很大程度上可以改善材料的倍率性能。但LiFePO₄的碳包覆技术涉及高温还原环境，该方法不适应于Li₂MnO₃基正极材料。主要原因是Mn⁴ 在高温还原气氛下会被还原成Mn³ ，导致材料结构破坏，影响其性能。因此本文开展在氧化性气氛下的碳包覆技术对基体进行碳包覆，以期望进一步改善Li₂MnO₃基正极材料的倍率性能。

本实验的目的是采用共沉淀法合成Li_1.8Mn_0.8Co_0.2O_2.8基体，并以PVA，蔗糖为碳源对基体进行碳包覆。研究不同碳源包覆，不同包覆量，不同包覆时间，不同包覆温度对材料的结构和电化学性能（主要为倍率性能）影响。具体技术方案如下所述。

（1）Li_1.8Mn_0.8Co_0.2O_2.8的合成工艺

将Mn(NO₃)₂与Co(NO₃)₂ 按1:4的比例称好混合配成溶液，将配好的溶液在搅拌机上搅拌并逐滴加入Na₂CO₃溶液，该悬浮液经水浴抽滤后得到前驱体，与LiOH球磨混合后经烘干研磨煅烧得到Li_1.8Mn_0.8Co_0.2O_2.8基体，如图1所示。

图1 共沉淀法合成Li_1.8Mn_0.8Co_0.2O_2.8基体示意图

（2）Li_1.8Mn_0.8Co_0.2O_2.8/C材料的制备工艺流程图

图2 对Li_1.8Mn_0.8Co_0.2O_2.8/C制备工艺流程示意图

（3）对比不同包覆量材料的影响

将基体与不同碳包覆量的碳源包覆处理后，采用XRD，SEM测试手段表征其物相和显微结构，并组装电池测试其电化学性能（充放电试验、阻抗试验等），分析出最佳的碳包覆量。

（4）对比不同温度和时间对碳包覆材料的影响

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