用作微型锂离子电池正极材料的纳米结构纤维的合成与表征

【摘要】：本论文主要是探讨利用溶胶-凝胶结合电喷技术合成纳米结构纤维作为锂离子电池的正极材料，并进一步调查纤维这种新形貌的材料在微型电池上的电化学性能。通过对纤维电性质的研究，以期提高纤维作为锂离子电池正极材料的电化学性能。 第一章中主要介绍了溶胶-凝胶化学的发展以及这种方法的特点和基本原理。并详细介绍了溶胶—凝胶过程的五个主要步骤包括前驱体的水解与缩聚、胶凝、老化、干燥以及热处理过程。重点介绍了溶胶—凝胶过程中每一步的影响因素。接下来，介绍了制备纤维的电喷技术，包括其发展历史，基本原理和基本过程。对电喷装置的改进主要包括对接收器和喷头的改进，同时还介绍了影响纤维结构和形貌的几个主要参数：电压的影响；喷头与接受板之间的距离；溶液的浓度以及溶剂的挥发性。在第三部分中，首先介绍锂离子电池的发展，接下来介绍锂离子电池的组成和基本原理。并详细介绍了锂离子电池正极材料：包括其重要地位以及对电池正极材料的性能要求；国内外锂离子电池正极材料的发展状况；选择纳米结构纤维做为电极材料的依据。最后还对本课题的设计过程进行了介绍，并列举了本论文获得的主要结果。 第二章中采用醋酸锂、醋酸钴为原料，柠檬酸为螯合剂，利用溶胶-凝胶工艺结合单管电喷技术合成纳米结构的LiCoO_2纤维，电化学性质测试表明与块体LiCoO_2粉体相比，纳米结构的LiCoO_2的纤维具有更高的起始充放电容量，但同时也表现出更快的容量衰减。XRD和HRTEM技术对纤维充放电过程进行了跟踪调查，发现循环过程中，电解液与活性电极材料发生的一系列负面反应，导致了锂严重逃离生，另一方面也引起大量钴从活性材料中溶解。因此电解质的分解和活性材料的溶解是导致明显容量衰减的主要原因，为进一步提高电极材料的电化学性质提供了依据。 在第三章的工作中，主要是结合第二章中纳米结构的LiCoO_2的纤维所表现出的电化学性质的循环劣势，通过对单管电喷装置进行改进，以LiCoO_2溶胶作为核溶液，以MgO溶胶作为壳溶液，利用双管电喷技术制备了具有核壳结构的LiCoO_2／MgO纤维。该方法一步实现了核壳材料的合成，所得的LiCoO_2／MgO纤