基本信息
- 项目名称：
- 正交结构LiMnO2材料熔盐浸渍法合成及电化学性能
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 文中介绍了以LiOH•H2O和Mn2O3为原材料，在高温条件下用熔盐浸渍法合成纯相正交结构LiMnO2正极材料。通过对材料X射线粉末衍射和扫描电镜分析，结构表面合成的材料为结晶较好的单相正交结构的LiMnO2材料。文中探讨了材料合成条件和材料电化学行为，并对熔盐浸渍法合成机理和材料电化学机制作了初步研究。
- 详细介绍：
- 本文主要分三个部分，首先是实验部分，其次是结果分析与讨论，最后是结论。 一、实验部分 文中介绍了以LiOH•H2O和Mn2O3为原材料，在高温条件下用熔盐浸渍法合成纯相正交结构LiMnO2正极材料.首先将原材料混合均匀，然后将粉体在液态锡保护下于500-700℃下保温一定时间。材料合成后，首先对材料进行X射线粉末衍射分析其物相结构并用扫描电镜观察样品形貌，然后在Land CT2001A电池测试系统上进行比容量和循环性能测试，对材料的性能进行了测试，运用Zahner IM6ex 型电化学工作站测定了材料的电化学阻抗,探讨了材料的电极过程动力学机制。 二、结果分析与讨论 首先对材料进行X射线粉末衍射分析其物相结构并用扫描电镜观察样品形貌，得出XRD图谱及样品的SEM图，通过对XRD图谱分析得出材料合成的最佳条件，在最佳条件下合成的样品材料其结构表面为结晶较好的单相正交结构的LiMnO2材料。然后对材料进行了循环寿命和循环充放电测试。从测试结果可以看出，低温合成的o-LiMnO2具有更高的容量，这应归于材料的尺寸和颗粒的粒径。最后对样品进行 循环伏安和交流阻抗分析，通过分析其图像可以看出材料在电化学过程中的不可逆性。这说明材料在第一周循环时产生了相变，从而出现不可逆容量，其结果也正好对应于材料的充放电曲线。从材料的电化学交流阻抗中可以得出合成中温度和时间的不同对锂离子的扩散和电化学反应有影响，这主要是样品的结晶度不同造成了锂离子扩散能力的不同。由于高温合成材料晶体尺寸相对较大，导致锂离子扩散距离相对增加，阻抗值相对变大。 三、结论 （1）采用熔盐浸渍法制备了具有正交扭曲层状结构的单相LiMnO2化合物。在温度为500℃，反应12h得到的o-LiMnO2正极材料具有较好的循环性能。尽管材料的初始放电容量只有43.2 mAh•g-1，但循环36周后达到最大值194 mAh•g-1，50周循环后仍然能保留放电容量在157.8 mAh•g-1。 （2）熔盐浸渍法是由于反应是在固液态间进行，离子扩散速度显著加快，可以有效降低反应温度和时间，改善材料晶体结构和性能，合成出符合计量比以及结晶良好的正极材料，是合成材料的一种有效方法。 （3）采用液态锡封技术，可以用于无氧条件下的材料，无需惰性气体保护，简化了材料合成工艺和降低材料合成成本。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 进入21世纪以来能源和环境成为人类日益关注的话题，开发和利用新能源也成为时代的主旋律。本人写这篇文章也是顺应着这一时代主旋律，以期能为时代的发展做出自己的贡献。 本文采用在液态锡封的条件下的改进型熔盐浸渍法合成o-LiMnO2正极材料，探讨合成条件和工艺对o-LiMnO2材料结构和电化学性能的影响。
科学性、先进性及独特之处
- 本文的写作基于实验事实的基础上，在实验中运用了比较先进的仪器并测得了较为准确的数据。实验在总结前人的基础上，锐意进取大胆创新，采用了液态锡封技术，可以用于无氧条件下的材料，无需惰性气体保护，简化了材料合成工艺和降低材料合成成本。
应用价值和现实意义
- 开拓非惰性气氛研究新思路，为其他新材料合成具有参考价值。
学术论文摘要
- 文中介绍了以LiOH•H2O和Mn2O3为原材料，在高温条件下用熔盐浸渍法合成纯相正交结构LiMnO2正极材料.首先将原材料混合均匀，然后将粉体在液态锡保护下于500-700℃下保温一定时间。通过对材料教学X射线粉末衍射和扫描电镜分析，结构表面合成的材料为结晶较好的单相正交结构的LiMnO2材料。文中也探讨了材料电化学行为和材料合成条件，并对熔盐浸渍法合成机理和材料电化学机制作了初步研究。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] J. E. Greedan, N. P. Raju, I. J. Davidson, Long Range and Short Range Magnetic Order in Orthorhombic LiMnO2, J. Solid State Chem., 128 (1997) 209-214 [2] Y-II Jang, Y. M. Chiang, Stability of the monoclinic and orthorhombic phases of LiMnO2 with temperature, oxygen partial pressure, and Al doping, Solids State Ionics, 130 (2000) 53-59 [3] Y-II Jang, W. Douglas, Y. M. Chiang, Synthesis of the monoclinic and orthorhombic phases of LiMnO2 in oxidizing atmosphere, Solid State Ionics, 149 (2002) 201-207 [4] J. M. Kim, H. T. Chung, Electrochemical characteristics of orthorhombic LiMnO2 with different degrees of stacking faults, J. Power Sources, 115 (2003) 125-129 [5] Y. S. Lee,Y. K. Sun, K. Adachi et al., Synthesis and electrochemical characterization of orthorhombic LiMnO2 material, Electrochim. Acta, 48 (2003) 1031-1039
同类课题研究水平概述
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