以氧化锰为原料制备锰酸锂正极材料

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1、毕业设计(论文)开题报告题目：以二氧化锰为原料制备锰酸锂正极材料2011年3月1日1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1研究背景及意义近几年，随着全球能源的日益紧缺以及自然环境的不断恶化，能否尽快发展高性能的新型能源成为人们目前最为关心的话题之一。首先，当前的形势是石化能源材料在不断减少，价格在不断升高，现实要求我们必须找到替代能源。第二是污染问题，目前环境污染已相当严重，甚至危及到人的生命，这也要求我们必须找到清洁能源[1]。因此，开发一种廉价耐用安全的移动电源显然成为最为迫切的任务。而锂离子电池以其工作电压高、能量密度高、循环寿命长、自放电低、无记忆效应

2、、无污染、安全性能好等独特的优势，经过短短十几年的迅速发展，已经取代了传统的铅酸电池和镍铬、镍氢电池，逐渐成为小型二次电池的主流[2]。根据大量的工作结果表明，锂离子电池正极材料不仅影响电池的安全性，而且左右着电池的价格。市场上商品化的正极材料是钴酸锂，而我国的钴资源缺乏，主要依赖进口。锰酸锂作为一种电池正极材料，具有价格低廉、毒性低的优点，而且，其制备相对容易，耐过充安全性能好，且其在充电状态下的热分解温度比钴酸锂高200度，热稳定性非常好，被公认为最为适用的电极材料[3]。作为一种具有巨大潜力的锂离子电池正极材料，锰酸锂已引起众多电池厂家的关注。改进锂离子电池正极材料锰酸锂的制备方法，对

3、尽快推进以锂锰氧为正极材料的锂离子电池的产业化，大幅度降低锂离子电池成本，以适应动力电池发展的需要是十分必要的[4]。目前普遍研究的是用掺杂改性等方法来改善锰酸锂的性能，而用二氧化锰为原料的制备方法很少有人问津，所以我们现在需要研究的是以二氧化锰为原料制备具有较好电化学性能的锰酸锂。1.2国内外技术状况从20世纪80年代中后期开展对尖晶石型锰酸锂的研究以来，围绕其制备、合成研究的文献和报道非常多。不同的制备方法对材料的性能影响各不相同，因此，探索性能卓越的电池正极材料的研究也就是寻找最佳合成方法的过程。目前合成锰酸锂的方法有很多种，可以分为固相合成法和液相合成法两大类别。1.2.1固相合成法

4、1.2.1.1高温固相合成法高温固相合成锰酸锂是最常用的制备方法。昆明理工大学材料与冶金工程学院姚耀春、戴永年等[5]人，采用高温固相合成法，以碳酸锂和二氧化锰为原料，按Li/Mn为1：2的摩尔比配料，混合均匀后，在950摄氏度下，恒温24小时，得到放电比容量为131.63mA·h/g的尖晶石结构的锰酸锂。1.2.1.2低温固相合成法湖南大学化学化工学院唐新村、何莉萍等[6]人，以氢氧化锂、醋酸锰和柠檬酸为原料，采用低热固相反应法制备了Li+与Mn2+摩尔比为1：2的前驱体化合物，该前驱体在350摄氏度下焙烧4小时，即可出现明显的尖晶石相锰酸锂产物。该法具有焙烧温度低、时间短、对环境无污染及

5、得到的产物相纯度高等优点，适于大规模工业化生产、展现了很好的应用前景。1.2.1.3熔融浸渍法日本Saga大学应用化学系的MasakiYoshio等[7]人，提出的熔融浸渍法缩短了制备的时间和工序。将LiOH·H2O(或锂盐)和MnO2混合均匀后，加热至锂盐的熔点，让锂盐充分掺入到二氧化锰微孔中，然后在600到750摄氏度加热一段时间。电化学测试表明，制得产物的初始比容量可达120~130mA·h/g。1.2.1.4微波合成法武汉工业大学材料复合新技术国家重点实验室的刘韩星等[8]人以二氧化锰和碳酸锂为原料，采用微波合成法，在功率为0~1KW微波合成反应腔中完成，然后研磨压块，在空气中700

6、到800度下加热15分钟得到锰酸锂。该方法实现了快速升温，大大缩短了合成反应时间，降低了合成活化能，使反应更加彻底。但其初始比容量为140mA·h/g，循环十次后容量降为90mA·h/g，活性物质的循环性能有待提高。1.2.1.5固相配位反应法在室温或低温下，制备可在较低温度下分解的固相金属配合物，然后将固相配合物在一定的温度下进行热分解，得到氧化物超细粉末。新疆大学应用化学研究所黄玉代、李娟、贾殿赠[9]以醋酸锂、醋酸锰、草酸为原料，采用低温固相配位化学法制得前驱配合物Li2C2O4·MnC2O4·2H2O，研磨前驱体，热处理后得到颗粒度小、分布比较均匀、晶形结构完好的锰酸锂粉末。该材料首

7、次充电容量为125.4mA·h/g，放电容量为115.3mA·h/g，充放电效率为91.95%。1.2.2液相合成法1.2.2.1溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种先进的材料合成方法，适于制备纳米粉体和薄膜。北京工业大学化学与环境工程学院夏定国、王道等[10]，将硝酸锰、硝酸锂和柠檬酸按一定比例混合，加入一定量的水作为溶剂，产生透明的溶胶，在650Pa压力，75度条件下，旋转蒸发至溶液变成透明粘稠液体，80度下烘