尖晶石锂锰氧化物电极材料制备及表征.ppt

研究背景
锂离子电池(Lithium IOilBattery,缩写为LIB)[1],又称锂电池。锂电池分为液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLB)两类。其中,液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。电池正极采用锂化合物LiCOO或LiMn2O4,负极采用锂-碳层间化合物。
比能量高
锂电池特性
倍率放电性能好
循环寿命长
具有较宽的充电功率范围
尖晶石型LiMn204因为具有价格低廉、容易制备、无毒、放电电压平台高等优点,被公认为是新型的锂离子电池正极材料。
研究目的
1、以氢氧化锂、醋酸锰为前驱体,柠檬酸/乙二醇为络合剂,用溶胶-凝胶-酯化法制备尖晶石锂锰氧化物材料。
2、探索形成稳定凝胶体系的条件,即:LiOH:Mn(Ac)2:柠檬酸:乙二醇:H2O的最佳工艺配比和温度条件,并对产物进行相关的表征。
实验方案
以氢氧化锂(碳酸锂)、醋酸锰为反应物,柠檬酸(甘氨酸)/乙二醇为络合剂,用溶胶-凝胶-酯化法制备尖晶石锂锰氧化物材料,
、醋酸锰、甘氨酸、乙二醇;
、醋酸锰、柠檬酸、乙二醇;
、醋酸锰、甘氨酸、乙二醇;
4. 氢氧化锂、醋酸锰、柠檬酸、乙二醇
这四组为主体,探索形成稳定凝胶体系的条件,即LiOH:Mn(Ac)2:柠檬酸:乙二醇:H2O的最佳工艺配比和温度条件,及以其他反应物及络合剂,以溶胶-凝胶法制备尖晶石锂锰氧化物的相关反应条件。同时采用红外光谱、X射线粉末衍射研究制备的粉材的组成及内部结构。
实验步骤
按设计的方案的物质比称量试剂,依次将锰盐、有极弱酸、锂盐顺序溶于水中,充分搅拌,加入氨水调节溶液的pH=9~10后,加入乙二醇,静置片刻后,将溶液转移到蒸发皿中,缓慢蒸发,体系经溶液-溶胶-凝胶而固化,整个过程中始终保持均质、透明。凝胶干燥12小时后成为褐色疏松的固体,研磨得到均匀的干凝胶粉,长时间放置空气中会发生潮解。
将干凝胶粉装入高铝刚玉坩埚,在马弗炉中烧结,在220℃时可得纯相的LiMn2O4粉末样品。
控制不同的反应条件,可以合成不同系列的LixMn2O4样品,具有不同的形貌和结构特征。
方案一:柠檬酸法-不同柠檬酸配比
实验以不同的Li+Mn/柠檬酸物质的量的配比制备尖晶石粉末材料,通过观察实验过程中溶液颜色的变化,加热干燥形成溶胶-凝胶过程中,形态及颜色的变化以及相应的红外光谱图的分析来判断Li+Mn/柠檬酸的最佳配比。
编号
氢氧化锂/g
醋酸锰/g
柠檬酸/g
乙二醇/ml
Li+Mn/柠檬酸
加热时间/h
1




2:1

2




3:2
2
3




3:
3


图中在3500~3250cm-1之间的吸收峰应该是残余水分的羟基峰,在1750~1500cm-1之间的几个吸收分应该是羧酸盐的特征振动吸收峰,在1000cm-1左右处的峰应该为C-O、C-N等键在指纹区的伸缩振动峰,而在500cm-1左右处的吸收峰应该为Li、Mn与O的伸缩振动峰。
Li+Mn/柠檬酸为2:1时制备得到粉体材料的红外光谱
Li+Mn/柠檬酸为2:1时制备得粉材X射线衍射分析
对比参考文献资料大致可以确定晶面指数:2θ=°为(111),2θ=°处为(311),2θ=°处为(400),2θ=°处为(331),2θ=°处为(333),基本都相符合。
2θ






I/I0
1





Li+Mn/柠檬酸=2:1时制备得粉材的衍射数据
柠檬酸法-不同的干燥温度
本实验以不同的干燥温度制备尖晶石粉末材料,通过观察干燥时间及结束后样品的色泽,以及通过红外光谱图探索最佳干燥温度。
编号
温度/
氢氧化锂/g
醋酸锰/g
柠檬酸/g
乙二醇/ml
干燥时间/天
4
120




3
5
140




2
6
160




2
以不同的温度干燥凝胶体
图中在3500cm-1左右的吸收峰应该是残余水分的羟基峰,在1500~1000cm-1之间的几个吸收分应该是羧酸盐的特征振动吸收峰,及C-O、C-N等键在指纹区的伸缩振动峰,而在500cm-