Ni取代Li2MnO3的制备和电化学活化机制研究开题报告

 2021-08-14 02:10:05

1. 研究目的与意义(文献综述)

1、目的及意义

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2. 研究的基本内容与方案

2、基本内容和技术方案

2.1制备Li2MnO3

起始原料Li2CO3、锰源、和w/o NiO按照一定质量比例计算每种原料所需质量,由于Li2CO3在高温下损失,其中Li2CO3的量过量5%用来弥补Li2CO3在高温下的损失。称量相应质量的原料并混合均匀,然后在球磨机中球磨4h。取出物料并转移至马弗炉中在450℃温度下预热12h(加热和冷却速率10℃/min),然后取出预热的物料置于研钵中手动研磨30min,再转移至马弗炉中于900℃温度下煅烧15h(10℃/min升温速率),然后两批样品分别用不同的降温方法(淬火/退火)降温至室温,得到产品淬火Li2MnO3和退火Li2MnO3

2.2固态反应制备活性物质(Ni掺杂的Li2MnO3

表1:制备Ni掺杂的Li2MnO3

Li

Li

Mn

Ni

O

1.00

1/3-2x/3

2/3-x/3

x

2.00

LMRNi5

1.00

0.30

0.65

0.05

2.00

LMRNi10

1.00

0.27

0.63

0.10

2.00

LMRNi20

1.00

0.23

0.62

0.15

2.00

LMR

1.00

0.20

0.60

0.20

2.00

表1为每mol Li2MnO3掺杂不同物质的量的Ni得到的活性物质,分别为Li1.3Ni0.05Mn0.65O2、Li1.27Ni0.1Mn0.63O2、Li1.23Ni0.15Mn0.62O2、Li1.2Ni0.2Mn0.6O2,按照其物质的量比分别计算每种活性物质所需要的原料质量比,并按2.1中方法制备淬火/退火的活性物质。

2.3制作扣式电池

活性物质、Super P、LA133(15%wt,水系粘接剂)的质量比为80:10:10(总质量为200 mg)。研磨后将混合均匀的浆料倾倒至涂碳铝箔的一端(一条长10 cm,宽0.5cm的直线,中间不能有断点)。再将刮刀调至250–400 μm,平稳推平,要求每个电极片的活性物质的量达到2-5mg/cm2 [18]。将涂有电极材料的涂炭铝箔转至培养皿中,在鼓风干燥箱40 °C烘干(30 min左右),再在真空干燥箱中60 °C烘干12 h以上。最后将得到的电极材料于对辊机上碾压四次(夹在白纸之间,对辊机的宽度目测1 mm),再用打孔机进行打孔(直径15 mm),即得电极片。

将需制备电池的电极片装入编号的A4纸袋中,60 °C真空干燥3.5 h,取出后用十万分之一分析天平称重。将负极壳、垫片、电极片、正极壳、钢网依次放入自制的钢网壳同一个格子里,60 °C真空干燥2 h。提前准备好自封袋,隔膜(Celgard2400),移液枪(多备一个枪头,保鲜膜包住),镊子(专用),与电极一起放入手套箱。

在手套箱中取34张称量纸和12张无纺布平铺开,取出钢网和锂片放置于称量纸上,用无纺布擦拭钳子,将称量纸对折,用镊子取一片锂片放置在对折的称量纸的边缘,再取一片钢网对齐放置在锂片上,用钳子压实(力量适度,防止将锂片压在称量纸,压完后的锂片仍然保持平整),一次将所有的锂片压完备用。按照排列的顺序取出第一个格子中的材料,按照负极壳、锂片、电极片、垫片(厚1 mm)、正极壳的顺序排好后,将锂片朝上钢网朝下放置到负极壳中,滴加10 μL的电解液(1.0 M LiTFSI inDOL:DME=1:1Vol% with 1.0%LiNO3),再小心平铺一层隔膜,再滴加10 μL电解液(电解液的量按E/S=1020 μL/mg[19]),正对放置电极片(涂炭铝箔那面朝上),再放上垫片(电极片,垫片,锂片尽量放在正中间)。盖上正极壳,用牛角夹夹到封口机中(一定要放在封口机的槽里,不在的话用钳子轻敲封口机的封口),并在电池上方放一张称量纸(防止短路),依次压完所有电池。放入编号的自封袋中。从手套箱中取出。完成电池组装。

2.4性能测试(恒流充放电测试)

电池静置2 h后,利用蓝电测试系统进行恒电流充放电测试。电压窗口2.04.8 V, 电流密度10mA/g(用活性物质质量计算)。温度对锂电池的放电容量具有重要影响,当温度低于10℃时,锂电池的放电性能明显恶化[20]。测试时要在恒温箱中进行。

3. 研究计划与安排

3、完成任务的时间节点:第1-2周:查阅文献,阅读相关资料,完成开题报告;

第3-4周:初步掌握扣式半电池的制备方法;

第5-12周:制备不同ni掺杂量的li2mno3并测试其电化学性能。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]闫金定. 锂离子电池现状及其前景分析[j]. 航空学报, 2014, (10).

[2]lim j-h, bang h, lee k-s, amine k,sun y-k. electrochemical characterization of li2mno3-li[co1/3ni1/3mn1/3]o2-linio2cathode synthesized via co-precipitation for lithium

secondarybatteries[j]. j. power sources, 2009, 189: 571-575.

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