复合金属氧化物Mg_(1.5)Mn_(0.5)Ti_(0.75)O_4的锂离子交换性能研究

具有尖晶石型结构的化合物能够在插入大量替代离子改变自身锂和氧化学计量数的同时保持结构的稳定性,这种特性能够被用于离子交换研究,用来满足提取锂的需求。通过检测尖晶石型复合金属氧化物的饱和交换能力、分配系数等,可以确定其具体特性。本文利用共沉淀/固相反应热结晶方法,合成尖晶石型复合金属氧化物Mg_(1.5)Mn_(0.5)Ti_(0.75)O_4。实验结果表明,经酸化的Mg_(1.5)Mn_(0.5)Ti_(0.75)O_4,其Mg~(2+)的抽出比率高达72%,Mn~(4+)和Ti~(4+)的溶解比率低于8.2%。实验分析表明,无机离子交换剂Mg_(1.5)Mn_(0.5)Ti_(0.75)O_4对Li~+有较好的离子筛效应,离子选择性较好,酸化后的样品对Li~+的离子交换能力高达10.6mmol·g~(-1)。     

Li4Mn0.5Ti0.5O4合成与鉴定

Li4Mn0.5Ti0.5O4合成与鉴定;LiMnTi复合氧化物;尖晶石型结构;离子筛;离子交换;锂     

锂离子交换体Li1.5Ti1.625O4的研究(Ⅰ)——Li1.5Ti1.625O4的合成及锂的抽出/嵌入

以沉淀法合成了含锂及钛的复合氧化物Li1.5Ti1.625O4,并对其中Li+的抽出/嵌入进行了研究。通过X衍射、红外光谱(IR)、热重/差示(GT-DSC)等方法对各处理产物结构进行测试、表征,结果表明,所得产物具有尖晶石结构;在实验条件下,前驱体T750(Li)的盐酸处理产物T750(H)锂和钛的抽出率分别为88～97%和0.5～1.5%,且基本上保持了尖晶石的构造。     

二价与四价金属离子等摩尔共掺杂的锂离子电池正极材料LiMn_(1.9)Mg_(0.05)Ti_(0.05)O_4的制备与表征

以氢氧化锂、乙酸锰、硝酸镁和钛酸丁酯为原料,以柠檬酸为螯合剂,采用溶胶-凝胶法制备了二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂的尖晶石型锂离子电池正极材料Li Mn1.9Mg0.05Ti0.05O4.采用热重分析(TGA),X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和电化学性能测试(包括循环伏安(CV)和电化学交流阻抗谱(EIS)测试)对所得样品的结构、形貌及电化学性能进行了表征.结果表明:780°C下煅烧12 h得到了颗粒均匀细小的尖晶石型结构的Li Mn1.9Mg0.05Ti0.05O4材料,该材料具有良好的电化学性能,在室温下以0.5C倍率充放电,在4.35-3.30 V电位范围内放电比容量达到126.8 m Ah·g-1,循环50次后放电比容量仍为118.5m Ah·g-1,容量保持率为93.5%.在55°C高温下循环30次后的放电比容量为111.9 m Ah·g-1,容量保持率达到91.9%,远远高于未掺杂的Li Mn2O4的容量保存率.二价镁离子与四价钛离子等摩尔共掺杂Li Mn2O4,改善了尖晶石锰酸锂的电子导电和离子导电性能,使其倍率性能和高温性能都得到了明显的提高.     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4金属掺杂的第一性原理研究

近来尖晶石相LiNi0.5Mn1.5O4被认为是一种有前景的二次锂离子电池正极材料.但是其相对较差的循环性能和倍率性能限制了LiNi0.5Mn1.5O4的大规模应用.金属掺杂被认为是一种提高其电化学性能的有效方法.然而,还急需深层次地理解掺杂对材料结构和电化学性质的影响.采用第一性原理方法,系统地研究了金属掺杂的LiM0.125Ni0.375Mn1.5O4(M为Cr,Fe和Co)电极体系的结构与电子性质.计算结果显示,少量的过渡金属M取代LiNi0.5Mn1.5O4晶格中的Ni,能够有效抑制材料在电化学脱嵌锂过程中的体积变化(从锂化相到脱锂相,体积变化率约为4%,而未掺杂的情况为4.7%),提高材料循环性能.体系态密度表明金属掺杂能够减小体系的带隙,进而提高材料的电子传导.另外,通过Li离子的扩散计算,我们发现与未掺杂的LiNi0.5Mn1.5O4相比,Co掺杂使得Li在材料中两条不同扩散路径的扩散能垒分别降低了约90 meV和140 meV,表明Co掺杂有利于Li在材料中的快速扩散.     

Mn_(1-x)(Li,Ti)_xCo_2O_4尖晶石型复合氧化物的制备、表征与催化性能

用柠檬酸配位燃烧法合成了Mn1-x(Li,Ti)xCo2O4系列尖晶石型复合氧化物催化剂,使用FTIR和XRD方法对催化剂结构进行表征,通过程序升温氧化反应(TPO)技术对这些催化剂在模拟柴油机尾气条件下进行同时消除NOx和柴油碳黑反应的活性评价。结果表明,掺杂Li或Ti后的Mn1-x(Li,Ti)xCo2O4系列催化剂仍然保持了完整的尖晶石型复合氧化物结构,这些催化剂对同时消除柴油机尾气中的碳黑颗粒和NOx具有良好的催化性能,其中Li或Ti的掺杂量为x=0.05较佳,结合碳黑燃烧与NOx还原总的催化效果,Mn0.95Li0.05Co2O4具有最好的催化活性。     

三维有序大孔锂离子筛的制备及其交换性能研究

由110 nm聚苯乙烯(PS)微球组装晶体胶体模板,并用此模板合成三维有序大孔(3-dimensionally ordered macroporous,3DOM)锂离子筛前驱体Li4Ti5O12,用1.0 mol.L-1的盐酸改型制得锂离子筛H4Ti5O12(LiTi-H)。用XRD、SEM、饱和交换容量、pH滴定曲线等表征了材料的形貌、结构和离子交换性能。同时测定了25℃时LiTi-H在0.05 mol.L-1Li+体系吸附锂的动力学数据,并采用吸附动力学Bangham方程和Elovich方程关联离子筛LiTi-H对Li+的离子交换动力学数据。结果表明:PS胶体晶体模板和3DOMLi4Ti5O12锂离子筛前驱体均排列规则有序,大孔直径约90 nm,Li4Ti5O12为尖晶石结构;3DOM Li4Ti5O12酸稳定性好,锂离子筛LiTi-H对Li+具有较高的选择性,对Li+的饱和交换容量达56.70 mg(Li+).g-1;动力学模型用Elovich模型关联较好,离子筛对Li+的离子交换动力学方程是Q=-26.510 4+11.977 4lnt(25℃)。     

LiNi0.05Mn1.95O4的合成及其对Li+的离子交换热力学

以乙酸锂、乙酸锰和乙酸镍为原料,采用溶胶-凝胶法合成出掺镍的尖晶石型锂锰氧化物LiNi0.05Mn1.95O4.用0.5 mol·L-1的过硫酸铵对其进行酸改性后制得锂离子筛(记作LiNiMn-H).经测定LiNi0.05Mn1.95O4在酸改性过程中Mn2+的溶出率仅为0.31%(w,质量分数),LiNiMn-H对锂离子的饱和交换容量达5.29 mmol(36.72 mg)Li+/g离子筛.测定了15、25、35、45℃LiNiMn-H在H+-Li+体系吸附锂的离子交换等温线,并利用Pitzer电解质溶液理论计算出该离子交换体系的活度系数,得到H+-Li+交换的平衡常数Ka,△Gm、△Hm,和△Sm等热力学参数.结果表明,Ka随温度的升高而降低,LiNiMn-H对Li+的选择性大于原来可交换阳离子(H+)的选择性,吸附锂的过程是自发过程(△Gm＜0),该离子交换反应是放热反应.     

LiNi0.05Mn1.95O4的合成及其对Li+的离子交换热力学

以乙酸锂、乙酸锰和乙酸镍为原料, 采用溶胶-凝胶法合成出掺镍的尖晶石型锂锰氧化物LiNi0.05Mn1.95O4. 用0.5 mol·L-1的过硫酸铵对其进行酸改性后制得锂离子筛(记作LiNiMn-H). 经测定LiNi0.05Mn1.95O4在酸改性过程中Mn2+的溶出率仅为0.31%(w, 质量分数), LiNiMn-H对锂离子的饱和交换容量达5.29 mmol (36.72 mg) Li+/g 离子筛. 测定了15、25、35、45 ℃ LiNiMn-H 在H+-Li+体系吸附锂的离子交换等温线, 并利用Pitzer 电解质溶液理论计算出该离子交换体系的活度系数, 得到H+-Li+交换的平衡常数Ka, △Gm、△Hm和△Sm等热力学参数. 结果表明, Ka随温度的升高而降低, LiNiMn-H对Li+的选择性大于原来可交换阳离子(H+)的选择性, 吸附锂的过程是自发过程(△Gm<0), 该离子交换反应是放热反应.     

LiAlTiO4的合成及对Li+的离子交换选择性

LiAlTiO4的合成及对Li+的离子交换选择性;复合氧化物;锂;离子交换;无机离子交换剂;尖晶石结构     

Li2Mg2Si4O10F2、H2Mn8O16•1.4H2O和Li1.3Ti1.7Al0.3(PO4)3在高浓度LiCl水溶液中的离子交换行为

研究了用功能材料Li2Mg2Si4O10F2 (LHT)、H2Mn8O16•1.4H2O (CRYMO)和Li1.3Ti1.7Al0.3(PO4)3 (LTAP)分别去除高浓度氯化锂水溶液中的杂质Fe3＋、K＋和Na＋.实验结果表明，这几种功能材料分别对溶液中的杂质Fe3＋、K＋和Na＋有很高的选择性，除杂效果明显.分析和研究了这几种功能材料在高浓度氯化锂水溶液中分别与Fe3＋、K＋和Na＋的交换行为.结果表明，在高浓度氯化锂溶液中这几种功能材料与杂质交换的动力学行为可近似用JMAK方程描述.     

多孔炭模板法制备Li4Ti5O12及其嵌锂行为

采用水合氧化钛溶胶为原料, 多孔炭为模板剂, 设计制备了一种新型准纳米晶锂钛复合氧化物, 并用SEM、XRD、恒流充放电及交流阻抗测试表征了材料的形貌、结构和电化学性能. 结果表明, 该氧化物晶粒尺寸约200 nm, 为典型的尖晶石Li4Ti5O12结构. 在0.5C(1C=0.2 mA·cm-2)电流条件下的首次嵌脱锂效率为99.8%, 嵌脱锂电位平坦, 可逆容量为117 mAh·g-1; 当电流从0.5C增至5C时, 其可逆嵌锂容量仍在100 mAh·g-1以上, 容量保持率大于86%, 倍率充放电性能优异. 交流阻抗测试结果表明, 模板剂多孔炭的应用使合成的尖晶石Li4Ti5O12具有更佳的导电性能, 且多孔特征明显.     

Li2CO3、NiO和电解MnO2合成高容量LiNi0.5Mn1.5O4及其表征

Well-developed crystalline LiNi_0.5Mn_1.5O₄ was prepared by solid-state reaction using Li₂CO₃, NiO and electrolytic MnO₂ at high heating and cooling rate. X-ray diffraction (XRD) patterns and scanning electron microscopic (SEM) images showed that LiNi_0.5Mn_1.5O₄ synthesized at 900 ℃ and 950 ℃ had cubic spinel structure with clearly defined shape. LiNi_0.5Mn_1.5O₄ spinel phase decomposed at 1 000 ℃ accompanying with structural and morphological degradation. TG measurement revealed that the weight loss during heating process could be mostly gained in cooling process, and the upward tendency of weight loss during heating process decreased, while that of irreversible weight loss rapidly increased with the increase of temperature. LiNi_0.5Mn_1.5O₄ powders prepared at 900 ℃ for 12 h delivered the maximum discharge capacity of 134 mAh·g^-1 with good cyclic performance at 2/7 C. In addition, by adjusting the calcination time at 900 ℃, the capacity and cycling performance of LiNi_0.5Mn_1.5O₄ were further enhanced.     

锂离子电池电极材料研究进展

本文综述了锂离子电池中正、负电极材料的制备、结构与电化学性能之间的关系。正极材料包括嵌锂的层状L ixMO 2 和尖晶石型L ixM 2O 4 结构的过渡金属氧化物(M =Co、N i、M n、V ) , 负极材料包括石墨、含氢碳、硬碳和金属氧化物。侧重于阐述控制锂离子电池循环过程中可逆嵌锂容量和稳定性的嵌锂电极材料的结构性质。给出118 篇参考文献。     

锂离子交换体Li_(1.5)Ti_(1.625)O_4的研究(Ⅲ)——Li_(1.5)Ti_(1.625)O_4的造粒、改型及油田咸水中锂的回收

对锂离子交换体前驱体Li1.5Ti1.625O4的造粒、改型及改型后的锂离子交换体H1.5Ti1.625O4用于油田咸水中微量锂的提取进行了实验室研究。结果表明,锂离子交换体H1.5Ti1.625O4对油田咸水中微量锂离子有很好的记忆性交换,有效交换容量达11.54mg/g,对锂离子表现出良好的离子筛效应。     

Average and local structure analysis of Na/Li ion-exchanged Lix(Mn,Ni,Ti)O2 using synchrotron X-ray and neutron sources

Journal of Solid State Electrochemistry - Mn-rich layered Lix(Mn,Ni,Ti)O2 was synthesized by Na/Li ion exchange of a P3-Na0.7(Mn,Ni,Ti)O2 precursor. The combined chemical analysis with the ICP-AES,...     

Li4Ti5Ol2的合成及对Li+的离子交换动力学

用溶胶-凝胶法合成出Li4Ti5Ol2, 对其进行了酸改性, 制得锂离子筛IE-H. 测定了IE-H对Li+、Na+的饱和交换容量和pH滴定曲线等离子交换性能, 并对其进行了X射线衍射分析, 同时采用中断接触法判断该离子交换反应的控制机理, 用缩核模型描述离子筛IE-H交换Li+的动力学. 结果表明, 合成出的Li4Ti5Ol2和锂离子筛IE-H均为尖晶石结构; 用不同浓度HNO3溶液处理Li4Ti5Ol2时, Li+的抽出率为19.6%-81.5%, Ti4+的抽出率在4.2%以下; 锂离子筛IE-H 对Li+的饱和交换容量较高, 达到5.95 mmol·g-1, 离子筛IE-H交换Li+的控制步骤是颗粒扩散控制(PDC), 得到了25 ℃, Li+浓度为20.0 mmol·L-1和5.0 mmol·L-1时锂离子筛交换Li+的动力学方程和颗粒扩散系数.     

Structural study of the Li(0.5)Na(0.5)MnFe2(PO4)3 and Li(0.75)Na(0.25)MnFe2(PO4)3 alluaudite phases and their electrochemical properties as positive electrodes in lithium batteries

The alluaudite lithiated phases Li(0.5)Na(0.5)MnFe(2)(PO(4))(3) and Li(0.75)Na(0.25)MnFe(2)(PO(4))(3) were prepared via a sol-gel synthesis, leading to powders with spongy characteristics. The Rietveld refinement of the X-ray and neutron diffraction data coupled with ab initio calculations allowed us for the first time to accurately localize the lithium ions in the alluaudite structure. Actually, the lithium ions are localized in the A(1) and A(1)' sites of the tunnel. M?ssbauer measurements showed the presence of some Fe(2+) that decreased with increasing Li content. Neutron diffraction revealed the presence of a partial Mn/Fe exchange between the two transition metal sites that shows clearly that the oxidation state of the element is fixed by the type of occupied site. The electrochemical properties of the two phases were studied as positive electrodes in lithium batteries in the 4.5-1.5 V potential window, but they exhibit smaller electrochemical reversible capacity compared with the non-lithiated NaMnFe(2)(PO(4))(3). The possibility of Na(+)/Li(+) ion deintercalation from (Na,Li)MnFe(2)(PO(4))(3) was also investigated by DFT+U calculations.