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基本信息

項目名稱：
熔鹽燃燒合成LiMn2O4的研究
小類：
能源化工
簡介：
以低熔點的醋酸鋰和醋酸錳為原料，不添加任何燃料的條件下制備尖晶石型LiMn2O4正極材料，研究不同保溫時間以及二次焙燒工藝條件對材料晶體結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的影響。
詳細介紹：
尖晶石型LiMn2O4正極材料錳來源豐富、成本低、無毒等優(yōu)點，被認(rèn)為是很有希望代替LiCoO2作為鋰離子電池的正極材料之一。 本文選用低熔點的醋酸鋰(70℃)和醋酸錳(80℃)為原料，不外加其他燃料，不作任何預(yù)處理，以加熱熔融原料自混合方式，較系統(tǒng)地研究了加熱溫度500－700℃以及保溫時間2－6h時對熔鹽燃燒合成尖晶石型LiMn2O4的影響。結(jié)果表明，在本實驗條件下都可合成主晶相為LiMn2O4的物質(zhì)，其中雜質(zhì)為Mn2O3或Mn3O4，600℃時產(chǎn)物中LiMn2O4的純度最高；在600℃及其以下時雜質(zhì)為Mn2O3，而700℃時為Mn3O4；產(chǎn)物L(fēng)iMn2O4的結(jié)晶性隨保溫溫度和保溫時間變化不大，雜質(zhì)Mn2O3的含量隨保溫溫度增加而減少，但隨保溫時間變化不大。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

撰寫目的：目前商業(yè)上鋰離子電池使用的正極材料由于價格昂貴、有毒、易污染環(huán)境而受到很大的限制。研究資源豐富、性能優(yōu)良、工藝簡單、成本低、無毒無污染的正極材料（尖晶石型LiMn2O4）可以對電池工業(yè)作出一定的貢獻。 基本思路：以低熔點的醋酸鋰和醋酸錳為原料，不添加任何燃料的條件下制備尖晶石型LiMn2O4正極材料，研究不同保溫時間以及二次焙燒工藝條件對材料晶體結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性能的影響。

科學(xué)性、先進性及獨特之處

本文選用低熔點的醋酸鋰(70℃)和醋酸錳(80℃)為原料，不外加其他燃料，不作任何預(yù)處理，以加熱熔融原料自混合方式（該方法實現(xiàn)了低溫下原料的自混合，在液態(tài)間進行反應(yīng),離子擴散速度顯著加快，具有反應(yīng)溫度低、反應(yīng)時間短、工藝簡單、對設(shè)備要求低的特點。）較系統(tǒng)地研究溫度和時間對熔鹽燃燒合成對尖晶石型LiMn2O4的影響，為熔鹽燃燒合成LiMn2O4提供科學(xué)依據(jù)。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

鋰離子電池具有高的能量密度和好的循環(huán)性能被廣泛運用于便攜電子設(shè)備及混合動力汽車的研究中。目前商業(yè)上使用的正極材料由于價格昂貴、有毒、易污染環(huán)境而受到很大的限制。尖晶石型LiMn2O4具有資源豐富、無毒無污染、性能優(yōu)良而受到越來越多的關(guān)注。如果本實驗研究成功，可以憑借其多種優(yōu)勢進行業(yè)開發(fā)，可以減少目前大量有毒電池材料帶來的環(huán)境污染及高成本問題，同時有望能在電池行業(yè)中創(chuàng)造一種新的發(fā)展形勢和方向。

學(xué)術(shù)論文摘要

以低熔點醋酸鋰和醋酸錳為原料，不外加其他燃料，不作任何預(yù)處理，較系統(tǒng)地研究了加熱溫度500－700℃以及保溫時間2－6h時對熔鹽燃燒合成尖晶石型LiMn2O4的影響。結(jié)果表明，在本實驗條件下都可合成主晶相為LiMn2O4的物質(zhì)，其中雜質(zhì)為Mn2O3或Mn3O4，600℃時產(chǎn)物中LiMn2O4的純度最高；在600℃及其以下時雜質(zhì)為Mn2O3，而700℃時為Mn3O4；產(chǎn)物L(fēng)iMn2O4的結(jié)晶性隨保溫溫度和保溫時間變化不大，雜質(zhì)Mn2O3的含量隨保溫溫度增加而減少，但隨保溫時間變化不大。

獲獎情況

第六屆云南高校青年學(xué)術(shù)科技作品競賽省級三等獎

鑒定結(jié)果

無

參考文獻

[1] Kalyani P, Kalaiselvi N and Muniyandi N.A new solution combustion route to synthesize LiCoO2 and LiM2O4[J]. Journal of Power Sources,2002,111:232-38 [2]戴志福,劉貴陽,王寶森,等.醋酸鹽-葡萄糖體系溶液燃燒合成尖晶石型LiMn2O4研究[J].功能材料，2008，39(2):254-256 [3] 郭俊明，劉貴陽，白曉紅，等.自混合熔鹽燃燒合成LiMn2O4的初步研究[J].云南民族大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010，19(1):36-38

同類課題研究水平概述

目前，制備LiMn2O4的方法主要有高溫固相法、熔鹽浸漬法、溶膠-凝膠法、燃燒合成法等。熔鹽浸漬法與液相燃燒合成法均能實現(xiàn)原料的均勻混合，但熔鹽浸漬法需用KCl或過量的LiOH作為熔融鹽，在制備完成后，要使用蒸餾水、乙醇對樣品進行洗滌，除去KCl或過量的鋰鹽，工藝較復(fù)雜，成本高。液相燃燒法與熔鹽法都可使原料混合均勻,在液態(tài)間進行反應(yīng),離子擴散速度顯著加快,有效地降低了反應(yīng)溫度和縮短了反應(yīng)時間,可使材料的晶體結(jié)構(gòu)和性能得到改善。Kang等報道用醋酸鋰和醋酸錳為原料，不添加其他燃料，以加熱熔融原料自混合方式和每分鐘升溫10℃的速率，研究了制備尖晶石型LiMn2O4物質(zhì)的過程。這些方法皆是各有優(yōu)缺點。
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