陶瓷工藝學(xué)結(jié)課論文高溫長(zhǎng)壽命功率型尖晶石錳酸鋰的設(shè)計(jì)和研究進(jìn)展-wenkub
2023-05-25 21:47:30 本頁面
【正文】 iO層狀 LiMnO2和它們的衍生產(chǎn)物鎳錳鈷三元材料，以及尖晶石型 LiMn2O4和橄欖石型 LiFePO4等。 關(guān)鍵詞 : 錳酸鋰 ； 鋰電池 ； 研究現(xiàn)狀 ； 測(cè)試 ； 發(fā)展 1 引言 在所有的元素中，金屬鋰具有最負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，而且是相對(duì)原子量最小的金屬，因此鋰電池在所有電池中的理論能量密度最高。鋰 離子電池與傳統(tǒng)的化學(xué)電源相比，具有工作電壓高、能量密度大、工作溫度范圍寬、使用范圍廣、自放電小、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。 層狀鈷酸鋰是大規(guī)模商業(yè)化使用的正極材料，其放電電壓高 ()，循環(huán)性能及穩(wěn)定性都較好，但是價(jià)格昂貴、鈷資源匱乏且毒性較高；鎳酸鋰的比容量較高（理論為 274mAh/g），但是穩(wěn)定性不好，循環(huán)性能差，安全性也較差，合成條件比較苛刻；層狀錳酸鋰的比容量也較高（理論為 285mAh/g），原料廉價(jià)易得，但是材料穩(wěn)定性較差，循環(huán)性能較差；層狀鎳錳鈷三元材料 的比容量較高，造價(jià)較高，但是放電平臺(tái)不平穩(wěn)，倍率放電性能差，安全性也較差（三元材料的安全性視材料中鎳、錳、鈷配比不同而有差異）；橄欖石型磷酸亞鐵鋰的原料廉價(jià)易得，循環(huán)性能優(yōu)異，但是堆積密度太低，導(dǎo)致其電芯容量密度較低，難以達(dá)到行業(yè)要求，此外，磷酸亞鐵鋰的合成條件難以精確控制，生產(chǎn)批次穩(wěn)定性差，實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)率低，市場(chǎng)售價(jià)較高。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于工業(yè)生產(chǎn)原料的純度低、生產(chǎn)規(guī)模大、工藝條件控制的精度相對(duì)較低，導(dǎo)致生產(chǎn)出來的錳酸鋰性能較低，特別是在高溫（ 55℃）下循環(huán)性能和儲(chǔ)存性能較差，這些因素嚴(yán)重 制約了尖晶石錳酸鋰的工業(yè)化進(jìn)程。 1996 年 , 等研究出了 錳酸鋰 包覆各種微粒等。在兩大類方法中，固相合成法包括：高溫固相法、機(jī)械化學(xué)法、熔鹽浸漬法、微波燒結(jié)法和固相配位法等。該法合成過程簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)；但其反應(yīng)溫度較高，一般在 750— 800℃，反應(yīng)時(shí) 間 較長(zhǎng)，而且存在顆粒較大、不均勻等現(xiàn)象。該法比高溫固相法合成溫度低，反應(yīng)時(shí)間短，但原料價(jià)格較貴。在金屬離子與聚乙烯醇物質(zhì)的量比為 1： 2 和 2： 1 下， 25℃初始放電容量分別為 124mA?h/g 和 109 mA?h/g，循環(huán) l0 次后衰減率分別為 10％和 4％。然而 ,電極材料的研究是目前電池發(fā)展的關(guān)鍵。 無機(jī)非金屬材料工藝學(xué) 5 4 高溫長(zhǎng)壽命功率型尖晶石錳酸鋰 的制備 本文合成的尖晶石 錳酸鋰 及其錳酸鋰的改性 ,主要以微球形 MnCO3模板 ,與低共 熔鋰鹽，摻雜 的金屬離子研磨均勻 ,在經(jīng)過低溫預(yù)煅燒和高溫煅燒過程得到所需的產(chǎn)物 ,其制備工藝如圖 2 所示 : 多孔微球形碳酸錳的制備 按照摩爾比 1:3的比例稱取原料 MnCl2H20和尿素加入到以乙二醇為溶劑的溶液中 ,加入一定量的聚乙二醇 800 作為表面活性劑 ,在磁力攬拌器的作用下 ,攪拌混合均勻 ,得到均相混合液。然后在 200℃ (低共熔鋰鹽熔點(diǎn) )下鍛燒 3h,使共融鋰鹽充分浸漬到多孔的 MnC03微球里 ,達(dá)到充分混合 ,最后在 700℃ 下鍛燒 8h,得到黑色的多孔微球形 LiMn2O4， 其工藝流程如圖 4 所示。將此裝液涂覆在之前清洗、干燥并且稱量好的鋁箔上 ,在 120℃ 的真空干燥箱中干燥 12 h,將電極片用粉末壓片機(jī)上在 15 MPa 的壓力條件下 ,壓片 Imin 后 ,放在真空干燥箱中干燥 1 h,稱重后放入充滿高純 Ar 氣的手套箱中待用。本實(shí)驗(yàn)將組裝好的電池在常溫下擱置 810h 后 ,放在新威充放電儀進(jìn)行充放電測(cè)試 ,測(cè)試電壓范圍為 ?；蛘邔⑸鲜龌罨玫碾姵胤旁?0176。 循環(huán)伏安法是按照實(shí)際的需要 ,設(shè)定測(cè)試電極的電勢(shì)區(qū)間 ,然后設(shè)定的電勢(shì)E1 開始掃描 ,電極電勢(shì)按照設(shè)定的方向和速度隨時(shí)間線性變化
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