锂离子电池的原位透射电镜研究开题报告
2020-04-23 07:04
1. 研究目的与意义（文献综述）
随着经济全球化的进程和经济的高速发展，寻找新的储能装置是新能源相关领域的研究重点。可充电锂离子电池具有高比容量，寿命长，体积小，质量轻，储量丰富，无污染等优点受到广泛关注。
近年来，锂离子正负极材料，电解质材料得到广泛的研究。锂离子负极材料分为嵌入型负极材料，合金化型负极材料和转化型负极材料。嵌入型电极材料：碳材料具有电化学稳定，锂化过程结构退化小，廉价等优点，但能量密度低，循环效率低；二氧化钛具有化学稳定，廉价，储量丰富，无毒，锂化过程体积改变小等优点；石墨烯也是很好的嵌入型电极材料。合金化型电极材料：合金化型电极材料如：硅，锗，锡，二氧化锡等材料具有比容量高等优点，但锂化过程中体积改变大，可能破裂，导致循环次数少；材料外面镀膜可以改善材料性能，如si-void@siox的体积膨胀减小，循环能力增强。转化型电极材料：过度金属元素的氧化物，硫化物比容量高，但库伦效率低，电压滞后，体积膨胀大。
正极材料的研究稍滞后于负极材料，根据正极材料的结构特点分为三种：即层状结构材料lim(m=ni,co,mn),具有尖晶石结构的锰酸锂材料lim；具有橄榄结构的limp (m=mn,co,ni)层状结构材料limn理论容量高，能量密度高，无毒，成本低，但充放电过程中结构改变，可逆容量降低。参入其他结构稳定的元素能改善材料性能。锰酸锂材料环境友好，资源丰富，热稳定性高但高温下循环能力差。橄榄结构材料lifep循环性能稳定，安全性高是锂离子电池正极材料的研究热点。
2. 研究的基本内容与方案
基本内容：组装锂离子电池并观察其充放电过程
目标：组装好锂离子电池，电池能正常完成充放电过程，并在原位透射电子显微镜下观察到观察电极材料的锂化和脱锂过程，探究锂离子电池的锂化和脱离机制，为电极材料的开发与应用提供依据和方向。
拟采用的技术方案及措施：采用过度金属氧化物作为电池负极，lip溶于有机溶剂中作为电解质，nca作为电池正极。用扫描电镜在样品表面找到要制作 tem 样品的区域，用聚焦离子束在该区域沉积出 1μm 厚、2μm 宽的c保护层。在保护层上下区域用离子束挖出凹槽，形成薄片。然后再改变样品倾角将底部和一个侧边切开，将纳米操作手插入，用pt 沉积方法将机械手和薄片连接起来，再将另一边切断，即可将样品提取出来。再将该薄片用pt 连接到铜网上，进行最终减薄。样品制作好后，用聚焦离子束组装电池。再将样品放到原位透射电子显微镜中进行实时监测，拍下电极材料在充放电过程不同时刻的形貌图，并选取部分时刻拍摄电子衍射图用于分析电极的锂化和脱锂机制。
3. 研究计划与安排
第1－4周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需样品，设备的操作。确定方案，完成开题报告。
第5－第5-6周：利用聚焦离子束组装锂离子电池。
第7－第7-10周：利用透射电镜原位观察锂离子电池的充放电过程。
4. 参考文献（12篇以上）
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