基本信息
- 項目名稱：
- 正交結構LiMnO2材料熔鹽浸漬法合成及電化學性能
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 文中介紹了以LiOH?H2O和Mn2O3為原材料，在高溫條件下用熔鹽浸漬法合成純相正交結構LiMnO2正極材料。通過對材料X射線粉末衍射和掃描電鏡分析，結構表面合成的材料為結晶較好的單相正交結構的LiMnO2材料。文中探討了材料合成條件和材料電化學行為，并對熔鹽浸漬法合成機理和材料電化學機制作了初步研究。
- 詳細介紹：
- 本文主要分三個部分，首先是實驗部分，其次是結果分析與討論，最后是結論。 一、實驗部分 文中介紹了以LiOH?H2O和Mn2O3為原材料，在高溫條件下用熔鹽浸漬法合成純相正交結構LiMnO2正極材料.首先將原材料混合均勻，然后將粉體在液態(tài)錫保護下于500-700℃下保溫一定時間。材料合成后，首先對材料進行X射線粉末衍射分析其物相結構并用掃描電鏡觀察樣品形貌，然后在Land CT2001A電池測試系統(tǒng)上進行比容量和循環(huán)性能測試，對材料的性能進行了測試，運用Zahner IM6ex 型電化學工作站測定了材料的電化學阻抗,探討了材料的電極過程動力學機制。 二、結果分析與討論 首先對材料進行X射線粉末衍射分析其物相結構并用掃描電鏡觀察樣品形貌，得出XRD圖譜及樣品的SEM圖，通過對XRD圖譜分析得出材料合成的最佳條件，在最佳條件下合成的樣品材料其結構表面為結晶較好的單相正交結構的LiMnO2材料。然后對材料進行了循環(huán)壽命和循環(huán)充放電測試。從測試結果可以看出，低溫合成的o-LiMnO2具有更高的容量，這應歸于材料的尺寸和顆粒的粒徑。最后對樣品進行 循環(huán)伏安和交流阻抗分析，通過分析其圖像可以看出材料在電化學過程中的不可逆性。這說明材料在第一周循環(huán)時產生了相變，從而出現(xiàn)不可逆容量，其結果也正好對應于材料的充放電曲線。從材料的電化學交流阻抗中可以得出合成中溫度和時間的不同對鋰離子的擴散和電化學反應有影響，這主要是樣品的結晶度不同造成了鋰離子擴散能力的不同。由于高溫合成材料晶體尺寸相對較大，導致鋰離子擴散距離相對增加，阻抗值相對變大。 三、結論 （1）采用熔鹽浸漬法制備了具有正交扭曲層狀結構的單相LiMnO2化合物。在溫度為500℃，反應12h得到的o-LiMnO2正極材料具有較好的循環(huán)性能。盡管材料的初始放電容量只有43.2 mAh?g-1，但循環(huán)36周后達到最大值194 mAh?g-1，50周循環(huán)后仍然能保留放電容量在157.8 mAh?g-1。 （2）熔鹽浸漬法是由于反應是在固液態(tài)間進行，離子擴散速度顯著加快，可以有效降低反應溫度和時間，改善材料晶體結構和性能，合成出符合計量比以及結晶良好的正極材料，是合成材料的一種有效方法。 （3）采用液態(tài)錫封技術，可以用于無氧條件下的材料，無需惰性氣體保護，簡化了材料合成工藝和降低材料合成成本。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 進入21世紀以來能源和環(huán)境成為人類日益關注的話題，開發(fā)和利用新能源也成為時代的主旋律。本人寫這篇文章也是順應著這一時代主旋律，以期能為時代的發(fā)展做出自己的貢獻。 本文采用在液態(tài)錫封的條件下的改進型熔鹽浸漬法合成o-LiMnO2正極材料，探討合成條件和工藝對o-LiMnO2材料結構和電化學性能的影響。
科學性、先進性及獨特之處
- 本文的寫作基于實驗事實的基礎上，在實驗中運用了比較先進的儀器并測得了較為準確的數(shù)據。實驗在總結前人的基礎上，銳意進取大膽創(chuàng)新，采用了液態(tài)錫封技術，可以用于無氧條件下的材料，無需惰性氣體保護，簡化了材料合成工藝和降低材料合成成本。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 開拓非惰性氣氛研究新思路，為其他新材料合成具有參考價值。
學術論文摘要
- 文中介紹了以LiOH?H2O和Mn2O3為原材料，在高溫條件下用熔鹽浸漬法合成純相正交結構LiMnO2正極材料.首先將原材料混合均勻，然后將粉體在液態(tài)錫保護下于500-700℃下保溫一定時間。通過對材料教學X射線粉末衍射和掃描電鏡分析，結構表面合成的材料為結晶較好的單相正交結構的LiMnO2材料。文中也探討了材料電化學行為和材料合成條件，并對熔鹽浸漬法合成機理和材料電化學機制作了初步研究。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 無
參考文獻
- [1] J. E. Greedan, N. P. Raju, I. J. Davidson, Long Range and Short Range Magnetic Order in Orthorhombic LiMnO2, J. Solid State Chem., 128 (1997) 209-214 [2] Y-II Jang, Y. M. Chiang, Stability of the monoclinic and orthorhombic phases of LiMnO2 with temperature, oxygen partial pressure, and Al doping, Solids State Ionics, 130 (2000) 53-59 [3] Y-II Jang, W. Douglas, Y. M. Chiang, Synthesis of the monoclinic and orthorhombic phases of LiMnO2 in oxidizing atmosphere, Solid State Ionics, 149 (2002) 201-207 [4] J. M. Kim, H. T. Chung, Electrochemical characteristics of orthorhombic LiMnO2 with different degrees of stacking faults, J. Power Sources, 115 (2003) 125-129 [5] Y. S. Lee,Y. K. Sun, K. Adachi et al., Synthesis and electrochemical characterization of orthorhombic LiMnO2 material, Electrochim. Acta, 48 (2003) 1031-1039
同類課題研究水平概述
- 鋰離子電池因其容量大，工作電壓高，循環(huán)使用壽命長，安全性好等優(yōu)點而備受歡迎，。正極材料是鋰電池發(fā)展的重中之重。近年以來，錳系正極材料因其價格低廉、低毒、對環(huán)境無損壞作用等優(yōu)良特性而成為正極材料的的新熱點。尖晶石型的LiX Mn2O4具有三維隧道結構，在4V和3V各有一相對于Li+/Li的電壓平臺。只有在0≤X≤1范圍內，即利用其4V電壓平臺時，LiXMn2O4才具有良好的電化學性能。因為在此范圍內充放電，體積膨脹和收縮對晶格參數(shù)影響小，有利于保持尖晶石結構穩(wěn)定。但如果要深度放電，則會導致錳的平均化合價低于3.5，這時LiXMn2O4就會產生Jahn Teller畸變，電池容量在充放電循環(huán)過程中迅速下降。 層狀LiMnO2屬于熱力學亞穩(wěn)態(tài)結構，作為鋰離子電池正極材料，與尖晶石LiX Mn2O4相比，具有容量高、耐高溫、耐過充過放等優(yōu)點。但層狀LiMnO2在電化學循環(huán)中普遍存在相尖晶石相的結構畸變，從而帶來容量的快速衰減等不足。 正交結構LiMnO2 (o-LiMnO2)是穩(wěn)定態(tài)。從結構上來說，正交結構不如單斜層狀結構有利于Li+的嵌入與脫出，但在2.0～4.4 V電壓范圍內進行充放電循環(huán)時有較高容量，而且循環(huán)性能良好。雖然正交扭曲結構LiMnO2比較穩(wěn)定，但合成純相的o-LiMnO2也較為困難。純相正交扭曲結構LiMnO2的形成與Li/Mn摩爾比、熱處理溫度、氧分壓以及合成方法有很大的關系。如果合成溫度和控制氣氛不當，往往出現(xiàn)尖晶石結構相LiMn2O4、Li2MnO3和Mn3O4等雜相。目前合成o-LiMnO2方法主要有固相合成法、浸漬法、溶膠-凝膠法、水熱合成法、氧化還原軟化學合成法等。 本文采用在液態(tài)錫封的條件下的改進型熔鹽浸漬法合成o-LiMnO2正極材料，探討合成條件和工藝對o-LiMnO2材料結構和電化學性能的影響。
