三维有序大孔尖晶石型Li1.6Mn1.6O4的制备及锂离子筛吸附特性

用LiNO3、Mn(Ac)2•4H2O和柠檬酸的混合溶液填充聚甲基丙烯酸甲酯胶体晶体模板, 在空气中氧化焙烧, 制备出三维有序大孔尖晶石型锂锰氧化物Li1.6Mn1.6O4. 前驱体经过0.1 mol/L盐酸脱锂后获得相应的三维有序大孔锂离子筛, 其大孔直径和孔壁厚度分别为240 nm和50 nm左右. XRD测试结果表明, Li1.6Mn1.6O4、锂离子筛和吸锂后的样品均保持尖晶石结构. 三维有序大孔材料呈现彼此连通的孔道空间, 缩短了Li+的平衡吸附时间, 前驱体脱锂率在80 ℃时达到95%, 而锰的溶损率在低于60 ℃时小于2.5%. 溶液温度对Li+的交换能力影响很大, 升高温度, Li+与H+的可逆交换程度增大, Li+的最大吸附容量为56.7 mg/g, 但处于锰16d八面体缺陷位置的氢难于被交换. pH滴定和分配系数(Kd)分析表明, 该固体酸在Li+, Na+和K+共存溶液中对Li+的吸附具有较高的选择性.     

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     

A1掺杂对尖晶石型Li[Mn（Al）]2O4结构的影响

采用共沉淀法按不同Al掺杂比例x[x=n(Al):n(Mn Al)=0,0.025,0.050,0.100,0.150,0.200]制得了Al(OH)3和Mn3O4混合物，将其与LiNO3按一定比例混合，在空气中于700℃烧结得Li[Mn(Al)]2O4样品，X射线衍射和Raman光谱结果表明，在0≤x≤0．20范围内均得到了单相的尖晶石型样品，随着x的增加，晶胞参数减小，晶格振动能量增加，Mn(Al)-O的结合增强，结构稳定性增强。     

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.     

LiAl0.03Mn1.97O4的流变相辅助微波合成以及电化学性能

采用一种特殊微波合成法，流变相辅助微波合成法，制备了结晶度好、纯度高的尖晶石相的锂离子电池正极材料LiAl0.03Mn1.97O4。对其进行了XRD分析和SEM研究，并就结构、形貌与传统固相法制备的LiMn2O4、LiAl0.03Mn1.97O4进行了比较。采用这种流变相辅助微波合成法制备的LiAl0.03Mn1.97O4具有优良的电化学性能，电化学性能测试表明，这种材料具有比较高的首次放电容量（115mAh／g）以及良好的可逆性、优异的循环性能，25次循环结束比容量几乎不变，保持在115mAh／g左右，衰减性得到很好的改善。     

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.     

固相法合成锂离子电池正极材料LiMn2O4

用Li2CO3和Min(OAc)2@4H2O为锂锰源,添加少量柠檬酸或草酸在550℃煅烧4h合成了尖晶石LiMn2O4.采用X-射线衍射法,透射电镜和充放电测量研究了它们的结构和性质.用Scherre公式计算样品粒度在28.5nm～40.0nm.添加草酸制备的样品充放电性能较好,首次充放电的放电容量可达115mAhg-1.     

尖晶石LiMn2O4的合成工艺与评价

本文采用不同的起始原料,分别用Pechini法、熔融盐浸渍法和沉淀转化法制备用于锂离子电池正极材料的尖晶石锰酸锂LiMnO4,结合化学分析和X射线衍射分析对产物进行表征.实验结果表明,三种工艺均能制备单相尖晶石,晶格参数与纯LiMn2O4一致:Pechini法制得的产物晶粒度和颗粒尺寸最小,分别为～17nm和～1.5μm.由于三种工艺分别制备了高活性的前驱物,反应组分混合均匀,使固相合成反应能在800℃下6～8小时完成.同时,热处理制度的研究表明,提高煅烧温度可能引起锰的还原,而延长煅烧时间会促进锰的氧化,有助于获得不缺氧的尖晶石.在实验的三种工艺路线中,沉淀转化法是最有希望工业化的.     

锂离子电池阴极材料Li1＋xMn2O4的水热合成及表征

以化学MnO2(CMD)为Mn源,LiNO3和LiOH·H2O分别为Li源,采用无机水热合成法合成了锂离子二次电池的阴极材料Li1+xMn2O4(0≤x<1),并采用XRD,BET,TEM,TGA和电化学测试等手段对材料进行了表征。结果表明,在240℃水热晶化72h所得样品为棕红色,主要以γ-Mn2O3和层状LiMnO2形式存在。当Li/Mn摩尔比为1∶1时,其首次充电比容量达到205.35mAh/g,首次放电比容量达到178.80mAh/g。样品经650℃空气中焙烧6h后转变成以Li1+xMn2O4尖晶石型形式存在,其首次放电比容量下降到110mAh/g～120mAh/g。     

合成温度对镁离子电池正极材料MgCo_(0.4)Mn_(1.6)O_4的影响

应用溶胶-凝胶法合成镁离子电池正极材料MgCo0.4Mn1.6O4,TG-DTA和XRD测试表明所得MgCo0.4Mn1.6O4粉体表现为单一的尖晶石相.以该材料作镁离子电池正极,其电化学性能与MgCo0.4Mn1.6O4粉体的煅烧温度有关,其中于700℃下煅烧制备的样品表现出相对较好的电化学行为.     

LiMn_2O_4离子筛成型及锂吸附性能

采用PVC为粘结剂制备了LiMn_2O_4离子筛球型颗粒,分析了PVC添加量对离子筛吸附性能的影响,并通过扫描电境(SEM)、静态和动态连续锂吸附实验研究了PVC粘结剂对离子筛形貌和锂离子吸附性能的影响。结果表明,SMO-a、SMO-b和SMO-P样品的锂离子静态吸附数据与Lagergren方程吻合良好,吸附速率常数依次为1.03×10~(-5)、1.06×10~(-5)s~(-1)和9.72×10~(-6)s~(-1)SMO-a样品的静态饱和吸附量达到2.50 mmol·g~(-1),PVC造粒对离子筛的静态条件下的饱和吸附容量和吸附速率影响很小,但连续动态操作条件下SMO-a的吸附容量降低为1.11 mmol·g~(-1);经盐酸洗涤脱附后,Li~+最大富集倍数约为9。     

嵌入化合物LixMn2O4的水热浸渍合成研究

本文用水热浸渍二步法合成了尖晶石型Li_xMn₂O₄微粉，并对其采用XRD，SEM， ICP， XPS和IR等进行测试。结果表明产物为单相立方晶体，粒子尺寸范围0.15-0.5 μm, Li_xMn₂O₄中X为0.96，其中锰为Mn³⁺和Mn⁴⁺混合价态存在。该液相合成Li_xMn₂O₄材料的方法尚未见报道。     

LiMn2O4表面包覆Li4Ti5O12的制备及倍率特性

采用固相法合成了尖晶石型LiMn₂O₄，并通过溶胶-凝胶法制备了不同物质的量的百分比含量Li₄Ti₅O₁₂包覆的正极材料。X-射线衍射和扫描电镜结果表明，Li₄Ti₅O₁₂微粒包覆在LiMn₂O₄的表面没有产生晶体结构的变化。实验电池在室温下，以1C，2C和5C倍率作充放电循环测试；结果表明，与未包覆的LiMn₂O₄相比，表面包覆Li₄Ti₅O₁₂微粒的正极材料在高倍率下具有更好的循环稳定性。     

Synthesis of o-LiMnO2 by Microwave Irradiation and StudyIts Heat Treatment and Lithium Exchange

Microwave irradiation of a suspension of γ-MnOOH in a 4 mol dm⁻³ LiOH solution brought about a rapid formation of semicrystalline orthorhombic LiMnO₂ (o-LiMnO₂) within 30 min at 120°C. Cubic Li_1.6Mn_1.6O₄ was obtained by heating o-LiMnO₂ at 400°C; lithium could be topotactically extracted from Li_1.6Mn_1.6O₄ with acid to form cubic H_1.6Mn_1.6O₄.     

Li1.02Cr0.1Mn1.9O4表面包覆的热稳定性研究

Improvement of elevated-temperature performance of Li_1.02Cr_0.1Mn_1.9O₄ cathode material by silicious surface modification was studied. The Li_1.02Cr_0.1Mn_1.9O₄ cathode material was treated by silanes coupling agent and then heated at 580 ℃ to remove organic material. The structures of the modified and unmodified Li_1.02Cr_0.1Mn_1.9O₄ were characterized by SpectraPlus, SEM and XRD. The results show that the surface layer of Li_1.02Cr_0.1Mn_1.9O₄ material is found to be rich in silicious compound. X-ray diffraction show that all the samples have perfect spinel structure. The electrochemical characterization of modified Li_1.02Cr_0.1Mn_1.9O₄ cathode material was tested. The cycle stability of charge/discharge at 55℃ is improved. The results of the charge/discharge curves show that the modified Li_1.02Cr_0.1Mn_1.9O₄ has better performance than those unmodified according to the inhibition of decline of reversible capacity of spinel Li_1.02Cr_0.1Mn_1.9O₄. Therefore, cycle performance is improved so obviously that 86.03% of the initial capacity is preserved after 100 cycles.     

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.     

Li4Mn5O12包覆对三元正极材料结构和性能的影响

LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂具有很高的理论比容量,但是三元正极材料在高电压下长循环时,其表面结构发生较大的衰退,导致电池的循环性能和倍率性能变差。本文采用耐高电压且结构稳定的富锂尖晶石Li₄Mn₅O₁₂包覆LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂可以有效改善材料的电化学性能。通过XRD、SEM、XPS和TEM等手段对包覆后的材料进行分析,证实了在LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂的表面形成了10nm厚的均匀Li₄Mn₅O₁₂的包覆层;在循环100圈后,包覆后的LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂仍...     

Solvothermal Synthesis of Superfine Li1−xMn2O4−σ Powders

Superfine Li_1−xMn₂O_4−σ powders were successfully synthesized by the alcohol-thermal method using 0.01 mol of MnO₂, 0.01mol of LiOH·H₂O, and 0.06mol of NaOH as starting materials at 160-200°C. The products are characterized by XRD, TEM, ED, BET, and ICP. Results show that the Li_0.74Mn₂O_3.74 powder prepared at 200°C has an average size of 180 nm with BET surface areas of 16.44 m²/g. A possible formation mechanism is proposed. It was concluded that the alcohol acts not only as the solvent but also as the reducing agent in the synthesis of Li_1−xMn₂O_4−σ powders. The effects of reaction temperature and the contents of NaOH and LiOH on the formation of single phase Li_1−xMn₂O_4−σ were investigated.     

尖晶石型LiMn2O4晶体结构及锂离子筛H+/Li+交换性质研究

采用密度泛函理论平面波超软赝势和广义梯度近似法对尖晶石型LiMn2O4及其锂离子筛HMn2O4的晶体结构和性质进行了从头计算。PW91泛函最为有效,Li+被H+取代后HMn2O4晶胞收缩,点阵常数从LiMn2O4的0.823 nm减小至0.799 nm,其XRD峰也相应向高角度方向明显位移。经同种格点原子的XRD分析表明,Mn、O两元素对XRD方式和强度起着决定作用。其中Li呈+1价完全离子化,可被H+彻底交换,H与周围O在等电子密度图中呈现电子云相互连接,只带有0.42个正电荷。价轨道分态密度表明,Mn-O之间强的共价键合主要归因于Mn-d和O-p在费米能级下-7.3~-1.6 eV间的轨道重叠,形成了有利于H+/Li+交换的骨架空穴隧道。阵点和空穴多面体的体积遵守如下顺序:V8a>V48f>V8b、V16c>V16d、V16c>V48f。Li+最易迁移至邻近的16c位置,碱金属离子的交换受到离子半径和作用能大小的限制。     

球形PVC-MnO2离子筛的制备及锂吸附性能

本实验室前期所制备的Li4Mn5O12超细粉末在卤水体系中对Li+具有较大的吸附容量和良好的选择性。但由于超细粉体的流动性和渗透性差,无法直接应用于固定床,需对粉末吸附材料进行成型造粒,以便于实际应用。本论文采用聚氯乙烯为粘结剂,制备出粒径约为2.0~3.5 mm的球形PVC-Li4Mn5O12,经盐酸处理后得到球形PVC-MnO2离子筛。并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、静态和动态连续锂吸附实验研究了球形离子筛形貌和锂离子吸附性能。结果表明,球形离子筛对Li+的吸附容量高达5.28 mmol.g-1,在混合溶液中对Li+具有良好的选择性,这对于在盐湖卤水或海水提锂具有重要的实用意义。