鎳錳酸鋰電池的合成

1、開放性實驗開題報告題目：鋰離子電池與電極研究應(yīng)用現(xiàn)狀學(xué)院：石油化工學(xué)院專業(yè)班級：化學(xué)工程與工藝（1）班姓名：顏東軍學(xué)號;指導(dǎo)老師：李世友鎳錳酸鋰電池的合成成員：顏東軍，封嘯，王義，張斯琦一：研究背景：鎳錳酸鋰項目可行性研究報告主要從行業(yè)市場背景、資源供應(yīng)、建設(shè)規(guī)模、工藝路線、設(shè)備選型、人力定員、環(huán)境影響、資金籌措、財務(wù)能力等方面進行充分的論證和可行性研究，從技術(shù)、經(jīng)濟、工程等方面進行調(diào)查研究和分析比較，并對項目建成以后可能取得的財務(wù)、經(jīng)濟效益及社會環(huán)境影響進行預(yù)測，從而提出該項目是否值得投資和如何進行建設(shè)的咨詢意見，為項目決策提供依據(jù)的一種綜合性的系統(tǒng)分析方法。錳酸鋰資源豐富、價格低廉、熱穩(wěn)定

2、性較好，但高溫性能和循環(huán)穩(wěn)定性較差，要應(yīng)用于動力電池還有待改進，而對比容量大，高溫性能好、循環(huán)性能穩(wěn)定，對環(huán)境友好，熱穩(wěn)定性最佳的高性能錳酸鋰，是最理想的鋰離子動力電池的正極材料，也是當前全世界大力推廣的正極材料。目前，全世界各國政府及企業(yè)正投入巨資對動力電池關(guān)鍵材料開展全方位的研究開發(fā)二：基本概況：鎳錳酸鋰電池主要為尖晶石鎳錳酸鋰電池，化學(xué)式可表示為LiNi0.5Mn1.5O4，與另一種也稱作鎳錳酸鋰的二元層狀結(jié)構(gòu)化合物（化學(xué)式LiNi0.5Mn0.5O2）是兩種結(jié)構(gòu)體系的鋰離子電池正極材料。尖晶石型鎳錳酸鋰在尖晶石錳酸鋰基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與錳酸鋰一樣是具有三維鋰離子通道的正極材料，可逆容量

3、為146.7mAh/g，與錳酸鋰的差不多，但電壓平臺為4.7V左右，比錳酸鋰的4V電壓平臺要高出15%以上，且高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性也比原有的錳酸鋰有了質(zhì)的提升?；趯υ屑饩湾i酸鋰性能的改善和提高方面的努力，通過適當?shù)脑負诫s將能使材料在保持尖晶石錳酸鋰基本框架結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能優(yōu)勢的基礎(chǔ)上改變鋰離子的脫嵌/嵌入電位，得到一種比容量與錳酸鋰相同，但電壓平臺比錳酸鋰高15%以上的5V 級鋰離子正極材料尖晶石鎳錳酸鋰；更重要的是，這種元素調(diào)整上的變化從根本上改變了材料的內(nèi)在電子軌道重疊情況和表面性質(zhì)，使得循環(huán)性能大幅提高，已有的實驗數(shù)據(jù)表明，未經(jīng)任何優(yōu)化的尖晶石鎳錳酸鋰（LiNi0.5Mn1.5O

4、4）在2C倍率下循環(huán)2000 次后還有90%的容量保持率。在所有的正極材料中，也只有橄欖石系的磷酸亞鐵鋰能在循環(huán)壽命方面很好. 通過對生產(chǎn)設(shè)備、工藝路線及工藝技術(shù)參數(shù)的集成優(yōu)化，對原材料進行深化多元摻雜及對其進行精加工處理，精確技術(shù)參數(shù)控制，表面包覆技術(shù)的應(yīng)用，從而保持材料在制備過程中物理形態(tài)、電化學(xué)性能的高致性；提高生產(chǎn)合格率，有效降低成本，提高能源應(yīng)用效率，降低能耗，提高錳酸鋰電池正極材料循環(huán)性能、耐高溫性能，以獲得高性能錳酸鋰動力電池正極材料制備技術(shù)三：實驗合成原料及儀器：錳化合物、鎳化合物及錳酸鋰和氫氧化鋰，水燒杯，烘箱，研缽，恒溫箱，壓塊機，滴定管四：合成原理：鎳錳酸鋰的制備方法主要

5、采用高溫固相合成法，共沉淀法。所謂高溫固相合成法就是固相反應(yīng)法是把金屬鎳，錳酸鹽或金屬氧化物按配方充分混合，經(jīng)研磨后在加入鋰源再進行煅燒發(fā)生固相反應(yīng)后，直接得到或再研磨后得到超細粉。五：合成步驟：在去離子水體系中，按摩爾比11.2：1稱取鋰源和三氧化二錳，控制固液比例在1:0.51及物料與研磨的鎳正鹽的比例在510:1，進行研磨細化；在研磨細化后的漿料中，添加去離子水調(diào)節(jié)研磨后溶液的固液比在0.10.5：1，設(shè)定噴霧干燥機進風(fēng)口溫度為100300，出風(fēng)口溫度為80200，進行噴霧干燥；將噴霧干燥料壓實后，在N2氣體，以110/min的升溫速率升至500800，保溫515h，冷卻后制得層狀鎳錳酸

6、鋰正極材料。目前主要采用錳化合物、鎳化合物及錳酸鋰和氫氧化鋰作為原料，通過水熱反應(yīng)，得到鋰、錳、鎳結(jié)合良好的前提，再對前提補充配入鋰源并研磨得到前軀體，經(jīng)過煅燒制備得到鎳錳酸鋰。其主要特點是：將廢舊鋰離子電池經(jīng)過拆解、分選、粉碎、篩分等預(yù)處理后，再采用高溫除粘結(jié)劑、氫氧化鈉除鋁等工藝，采用硫酸和雙氧水體系浸出、P204萃取除雜，得純凈的鎳、錳溶液，配入適當?shù)牧蛩徨i、硫酸鎳，調(diào)節(jié)鎳、錳元素的摩爾比近似為0.2:1；隨后采用碳酸銨調(diào)節(jié)PH值，形成鎳鈷錳碳酸鹽前軀體，接著配入適當碳酸鋰，高溫?zé)Y(jié)合成鎳錳酸鋰。六：應(yīng)用前景：為了開發(fā)出性能更優(yōu)異的品種，人們對各種材料進行了研究。從而制造 出前所未有的產(chǎn)

7、品。比如，鋰二氧化硫電池和鋰亞硫酰氯電池就非常有特點。它們的正極活性物質(zhì)同時也是電解液的溶劑。這種結(jié)構(gòu)只有在非水溶液的電化學(xué)體系才會出現(xiàn)。所以，鋰電池的研究，也促進了非水體系電化學(xué)理論的發(fā)展。除了使用各種非水溶劑外，人們還進行了聚合物薄膜電池的研究。 鋰電池廣泛應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽能電站等儲能電源系統(tǒng)，郵電通訊的不間斷電源，以及電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領(lǐng)域。鋰離子電池以其特有的性能優(yōu)勢已在便攜式電器如手提電腦、攝像機、移動通訊中得到普遍應(yīng)用。目前開發(fā)的大容量鋰離子電池已在電動汽車中開始試用，預(yù)計將成為21世紀電動汽車的主要動力電源之一，并將在

8、人造衛(wèi)星、航空航天和儲能方面得到應(yīng)用。隨著能源的緊缺和世界的環(huán)保方面的壓力。鋰電現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于電動車行業(yè)，特別是磷酸鐵鋰材料電池的出現(xiàn)，更推動了鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用。 “超級”鋰電池：剛研發(fā)出來的超級鋰電池能在短時間迅速充電完成，例如手機充電一般20秒，這種電池有可能加大電池未來的使用領(lǐng)域，例如使用在電動汽車上，使中途充電如加油一般方便。參考文獻：伊廷鋒,岳彩波,何孝軍,諸榮孫,胡信國.LiNi0.5Mn1.5O4材料合成及性能的研究綜述J.電池工業(yè).2008(04)顏群軒;王志興;吳晶;李新海;譚群英;LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4高電壓正極材料的制備及性能研究J;功能材料;2009年06期王雪;方謀;尚玉明;王要武;陳敬波;孟永強;鋰離子電池用硅負極材料的改性J;化工進展;2012年S1期代