本文關(guān)鍵詞：層狀錳酸鋰的摻雜改性及新制備工藝研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰離子電池在工業(yè)領(lǐng)域是發(fā)展速度最快的高能量存儲(chǔ)設(shè)備,而電極材料的發(fā)展是鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。作為能量來源,其廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備,甚至電動(dòng)車/混合動(dòng)力汽車,而正極材料能量密度和功率的最大化將大大促進(jìn)這些技術(shù)的應(yīng)用。鋰錳氧化物因其污染小、儲(chǔ)量大、價(jià)格低,特別是不存在過充安全性問題,成為目前最具吸引力的正極材料。但LiMnO_2的研究目前對(duì)還僅限于實(shí)驗(yàn)室,制備成本高、制備效率低,結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、電化學(xué)循環(huán)性能差等缺點(diǎn),嚴(yán)重阻礙了LiMnO_2的商品化。本文通過優(yōu)化成熟工藝、對(duì)LiMnO_2的元素?fù)诫s進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)并研究新型制備工藝,為LiMnO_2盡早實(shí)現(xiàn)商品化、改善電化學(xué)性能提供理論依據(jù)。具體研究內(nèi)容如下:(1)單斜層狀m-LiMnO_2,合成方法單一且苛刻。為降低其成本及合成復(fù)雜性,以NaMnO_2為研究對(duì)象,用高溫固相法將Mn_2O_3和無水Na_2CO_3合成α-NaMnO_2,在此研究鈉與錳的濃度不同、煅燒溫度不同、保溫時(shí)間不同、有無碳粉保護(hù)的不同對(duì)α-NaMnO_2結(jié)構(gòu)的影響。以得到的α-NaMnO_2為前驅(qū)體探究通過水熱-離子交換法在不同條件下得到m-LiMnO_2,并對(duì)水熱-離子交換法進(jìn)行優(yōu)化探索,效果優(yōu)于目前的回流蒸餾法。(2)本文基于水熱合成法,對(duì)不同元素(Cr,Mg,V,Y,Ce,La,Ti,Fe,Ni,Al,S),不同摻雜步驟,不同控制因素進(jìn)行了深入研究,針對(duì)不同摻雜元素得出了理想的摻雜工藝,在水熱合成法的優(yōu)點(diǎn)之上實(shí)現(xiàn)了稀土摻雜,一元摻雜,二元摻雜,陰離子摻雜,甚至陰陽離子摻雜。并對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了精確的晶格測(cè)定,在驗(yàn)證摻雜改變晶格常數(shù)的同時(shí)得出了最優(yōu)摻雜比例。(3)純凈的o-LiMnO_2熱分解溫度在370℃左右。不同元素?fù)诫s后的樣品的熱分解溫度均高于400℃,有的甚至達(dá)到了480℃。雙元摻雜確實(shí)比單元摻雜在穩(wěn)定性提高方面更出色。陰離子摻雜同樣可以起到改善的作用。具有強(qiáng)氧化性元素或雙元協(xié)調(diào)性摻雜對(duì)o-LiMnO_2的熱穩(wěn)定性改善更為顯著。(4)選取了Cr、Y、Mg、Al、Ni摻雜試樣并摻雜分析,得出了最優(yōu)摻雜條件。在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上,以正交晶系法式方程,利用最小二乘法精確測(cè)定了o-LiMnO_2最優(yōu)摻雜量(原子比4at%Cr、4at%Y、4at%Al、4at%Ni)的晶格常數(shù),驗(yàn)證了對(duì)主體晶格的影響,與理論相吻合。并且,通過計(jì)算Mg的不同摻雜量引起的晶格常數(shù)變化逆向證明了該方法的可靠性,得出對(duì)于層狀結(jié)構(gòu)6at%Mg為最優(yōu)摻雜比例。(5)在無氣體保護(hù)的室溫條件下采用機(jī)械合金化法制備出了正交結(jié)構(gòu)的o-LiMnO_2。研究了球料比、Li/Mn摩爾比、球磨過程控制劑、球磨時(shí)間、溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。結(jié)果表明,機(jī)械合金化法在球料比為40:1、Li/Mn摩爾比為1.5:1、過程控制劑(PCA)為去離子水、球磨時(shí)間為10 h、溫度在42℃左右條件下制備出了顆粒細(xì)小親切均勻,同時(shí)有著小的晶格常數(shù)的純凈o-LiMnO_2。
【關(guān)鍵詞】：層狀錳酸鋰 摻雜和理論計(jì)算 水熱-離子交換法 機(jī)械合金化法
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ131.11
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 引言11-12
• 1.2 鋰離子電池簡(jiǎn)介12-14
• 1.2.1 鋰離子電池發(fā)展概況12
• 1.2.2 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及工作原理12-14
• 1.3 鋰離子電池的正極材料14-18
• 1.3.1 鈷酸鋰正極材料14-15
• 1.3.2 鎳酸鋰正極材料15
• 1.3.3 三元正極材料15-16
• 1.3.4 尖晶石型錳酸鋰正極材料16-17
• 1.3.5 橄欖石型磷酸亞鐵鋰正極材料17-18
• 1.4 層狀錳酸鋰研究進(jìn)展18-24
• 1.4.1 LiMnO_2的結(jié)構(gòu)18-19
• 1.4.2 LiMnO_2的制備方法19-22
• 1.4.3 LiMnO_2存在的問題及解決辦法22-24
• 1.5 水熱-離子交換法的簡(jiǎn)介及應(yīng)用24
• 1.6 機(jī)械合金化法簡(jiǎn)介及應(yīng)用24-25
• 1.7 本課題研究內(nèi)容、目的及意義25-27
• 1.7.1 本課題選題目的及意義25-26
• 1.7.2 本課題研究內(nèi)容26-27
• 第二章 水熱-離子交換法制備單斜層狀錳酸鋰27-37
• 2.1 引言27-28
• 2.2 水熱-離子交換發(fā)合成法制備m-LiMnO_228-30
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)所用試劑28
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)所用儀器28-29
• 2.2.3 合成方法29-30
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析30-35
• 2.3.1 α-NaMnO_2的組成分析、表征與對(duì)比優(yōu)化30-33
• 2.3.2 m-LiMnO_2的組成分析、表征與對(duì)比優(yōu)化33-35
• 2.4 本章小結(jié)35-37
• 第三章 正交層狀錳酸鋰的制備及摻雜研究37-56
• 3.1 引言37-38
• 3.2 水熱合成法制備o-LiMnO_2及摻雜研究38-55
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)所用試劑38
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)所用儀器38-39
• 3.2.3 摻雜工藝39-42
• 3.2.4 結(jié)果與討論42-52
• 3.2.5 差熱分析摻雜o-LiMnO_2的熱穩(wěn)定性52-55
• 3.3 本章小結(jié)55-56
• 第四章 正交層狀錳酸鋰的摻雜的理論計(jì)算56-72
• 4.1 引言56
• 4.2 水熱合成法制備摻雜改性LiMnO_256-62
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)所用試劑56-57
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)所用儀器57-58
• 4.2.3 制備與摻雜工藝58-59
• 4.2.4 結(jié)果與討論59-62
• 4.3 正交晶系法系方程62-63
• 4.4 最小二乘法在精確測(cè)定o-LiMnO_2摻雜中的應(yīng)用63-68
• 4.4.1 o-LiMnO_2摻雜Y的計(jì)算63-65
• 4.4.2 o-LiMnO_2摻雜Cr的計(jì)算65-66
• 4.4.3 o-LiMnO_2摻雜Al的計(jì)算66-67
• 4.4.4 o-LiMnO_2摻雜Ni的計(jì)算67-68
• 4.5 晶格的逆向計(jì)算68-70
• 4.6 本章小結(jié)70-72
• 第五章 機(jī)械合金化制備正交層狀錳酸鋰72-88
• 5.1 引言72-73
• 5.2 機(jī)械合金化法制備層狀錳酸鋰o-LiMnO_273-86
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑73
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器73
• 5.2.3 合成方法73-74
• 5.2.4 結(jié)果與分析74-86
• 5.3 本章小結(jié)86-88
• 第六章 結(jié)論88-90
• 參考文獻(xiàn)90-100
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果100-101
• 致謝101-102

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：層狀錳酸鋰的摻雜改性及新制備工藝研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：378204