锌离子电池锰基正极材料研究进展

可充电水系锌离子电池是一种环保且电化学性能优异的二次电池,但锰基正极材料在充放电过程中结构易坍塌、导电率低、稳定性差等缺点严重制约了水系锌离子电池的发展。笔者首先阐述了锰基正极材料中锌离子的储存机理,主要有Zn^(2+)嵌入/脱出机理、H+/Zn^(2+)共嵌入/脱出机理和化学转化反应机理。Zn^(2+)嵌入/脱出机理包括无相变反应和新相生成反应。而新相生成反应又分为可逆相变和不可逆相变。然后,基于锰基正极材料面临的问题,讨论了改善其储锌性能的主要方法。目前可采用的方法包括缺陷工程、与导电材料复合、离子掺杂、表面修饰技术等。用以上方法改进后的锰基正极材料表现出了更加优异的性能。

锰离子氧化沉淀法实现锂离子电池LiNi_(0.8)Co_(0.05)Mn_(0.15)O_(2)材料的回收和利用

以浓盐酸为浸出剂,以NaOH和NH_(4)HCO_(3)为沉淀剂,利用Mn^(2+)在碱性条件下的氧化反应改变离子的沉淀次序进而分步回收的方案,探究了浓盐酸酸浸处理三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.05)Mn_(0.15)O_(2)的最佳条件。在分步沉淀过程中,Mn^(2+)被氧化为不溶于非还原性酸的MnO(OH)_(2),并在酸性条件下回收。Ni、Co则在碱性条件下利用NaOH回收,而Li则利用NH_(4)HCO_(3)回收。该方法中Mn的回收率达到85.1%,产品纯度达到98.6%;Li的回收率达到95.0%,产品纯度达到99.3%。由回收材料重新合成的三元正极组装的软包电池的首圈放电比容量达到了175 mAh·g^(-1),可以以超过99.5%的库仑效率稳定循环50圈。

钠离子电池P2相镍锰基层状氧化物正极材料的研究进展

P2型Na_(0.67)[Ni,Mn]O_(2)材料由于较高的比容量、工作电压以及较好的空气稳定性成为最具前景的钠离子电池正极材料之一.然而,高压相变、Na^(+)/空位有序排布以及由Mn^(3+)引起的Jahn-Teller扭曲导致该类材料充放电过程中面临结构失稳以及性能衰减的挑战.本综述从P2型Na_(0.67)[Ni,Mn]O_(2)材料的失效机制出发,系统阐述了该类材料的最新进展.最后,对其未来的发展方向进行了展望.本文将为P2-type Na_(0.67)[Ni,Mn]O_(2)材料的研发与商业化提供借鉴.

氟喹诺酮类抗菌药物与过渡金属离子Cr^(3+),Mn^(2+) 和Fe^(3+)形成配合物配位位置的研究

通过 1D1 HNMR ,1 3CNMR和1 H自旋 晶格弛豫时间T1 对氟喹诺酮类抗菌药物与过渡金属离子Cr3+,Mn2 +和Fe3+形成配合物的位置进行了研究 ,合成了固体配合物 ,对其进行了元素分析 .实验结果表明过渡金属离子Cr3+,Mn2 +和Fe3+与氟喹诺酮类抗菌药物形成 1∶2的配合物 。

磺酸基锰钛菁基于荧光猝灭对痕量NO_2^-离子含量的测定

A simple and speedy method of synthesis manganese phthalocyanine(MnPc) via direct heating employing phthalic nitrile and manganese chloride was presented.After the sulfonation of MnPc,strong fluorescence was obtained in the manganese sulfonate phthalocyanine(MnSPc) solution.In the acidic medium,the fluorescence intensity of MnSPc solution was equenched due to addition of NO2-ion.It was found that the fluorescence intensity(ΔF) was linear well with-log in the range of 5×10-9mol/L^1×10-6 mol/L with r=-0.993 and the limit of detection for NO2-ion was 1.74×10-9 mol/L.The recovery ratio was 106% for the sample.This detection method is advantageous for its sensitivity,selectivity,simple operation,and short response time and can be used to determine trace amounts of NO2-.

4A沸石对锰渣渗滤液中Mn^(2+)吸附—解吸研究

在开展4A沸石吸附—解吸模拟锰渣渗滤液中Mn2+实验的基础上,通过X射线衍射分析(XRD)和红外光谱分析(FTIR)研究了4A沸石吸附Mn2+的机制及其解吸行为。结果表明:4A沸石对模拟锰渣渗滤液中Mn2+的去除效率高达99.34%,吸附量最高可达92.84 mg/g,但化学解吸和化学—物理联合解吸对于沸石型离子交换吸附的解吸效果不佳,Mn2+解吸率均未超过1.6%。XRD和FTIR显示4A沸石对Mn2+的吸附机制主要为离子交换。

(NH_4)_2S直接沉淀法分离Li^+-Mn^(2+)中的锂和锰

以 (NH4 ) 2 S为沉淀剂 ,探讨了正尖晶石结构的 L i Mn2 O4 中锂、锰的分离和回收问题 ,重点讨论了 L i+ - Mn2 +体系的分离方法。实验以 3m ol/ L H2 SO4 溶解试样 ,以 6 % H2 O2 为还原剂将锰离子转化为 Mn2 + ,然后用 6 mol/ L NH3· H2 O调节并控制体系的 p H为 4 .2～ 6 .1,加入 1m ol/ L(NH4 ) 2 S使 Mn2 +离子沉淀完全 ,室温下过滤。分离结果表明 :硫化锰中杂质锂的摩尔百分含量为 0 .0 36 % ,滤液中杂质锰相对锂离子的摩尔百分含量为 0 .0 4 4 %。含锂的滤液和分离后的 Mn S分别以 L i2 CO3、Mn SO4 的形式回收 ,其锂、锰的一次回收率分别达到 77.89%和 97.5 6 % ,纯度分别达到 98.8%和 99.5 % ,是未来失效锂电池正极材料和锂离子筛分材料 L i Mn2 O4

测定锰(Ⅱ)离子的KIO_4-K_2CO_3化学发光体系

碱性介质中 ,KIO4与二价锰离子反应 ,在没有任何化学发光试剂存在条件下产生微弱的化学发光。当向体系中加入碳酸盐后 ,反应产生的化学发光显著增强 ,且该发光强度与Mn2 + 浓度在 1× 1 0 -8～ 5× 1 0 -6mol L范围内成线性关系 ,测定检出限为 5× 1 0 -9mol L。基于这一现象 ,同时结合流动注射分析技术 ,建立起了一种测定环境水中微量Mn2 +

离子交换树脂法去除PIA废水中Co^(2+)、Mn^(2+)的研究

研究了D001、D113、116三种离子交换树脂法去除精间苯二甲酸(PIA)废水中的Co2+、Mn2+时的交换性能和再生性能,结果表明:三种树脂均可有效去除废水中的Co2+、Mn2+,相同体积的湿树脂交换Co2+、Mn2+总量大小为D113>116>D001,再生后交换性能可恢复。

以废旧锰酸锂正极为原料制备Li0.25Na0.6MnO2钠离子电池正极材料的研究

随着锂离子电池(lithium-ion batteries,LIBs)在众多储能领域更大规模的广泛应用,废旧LIBs正在大量地产生,若不进行任何处理而随意丢弃,必将给人类赖以生存的生活环境造成极大的危害,而且也是一种资源浪费。本课题组对废旧LIBs中的锰酸锂正极进行回收和收集,并以此为主要原料,通过球磨和高温烧结相结合的过程,成功合成了钠离子电池(sodium-ion batteries,SIBs)正极材料Li0.25Na0.6MnO2(LNMO),并对其的电化学性能、动力学特性和离子脱嵌导致的相变过程进行了研究。结果显示,LNMO表现出较高的比容量(131.5 mA·h/g)以及优异的倍率性能(容量保持率97.9%),该电极的表观离子扩散系数为10^-12 cm^2/s数量级,表现出快的离子脱嵌能力和动力学过程,是它表现出优异倍率性能的主要原因之一。对废旧锰酸锂材料回收并应用于下一代低成本SIBs中,具有同时实现“废旧LIBs有效回收”和“解决SIBs原料来源”的重要意义。

Mn^(2+)离子掺杂La_(0.6)Sr_(0.1)Mn_(1+x)O_(3±δ)钙钛矿材料性能研究

采用溶胶-凝胶法成功制备了名义成分为La_(0.6)Sr_(0.1)Mn_(1+x)O_(3±δ)的钙钛矿锰氧化物.X射线衍射结果表明,样品具有复合相结构,其中钙钛矿为主相,尖晶石结构的Mn_(3)O_(4)为次相;通过Rietveld拟合方法获得了阳离子分布以及晶体结构参数.10 K下测量的比饱和磁化强度随掺杂量的增加先升高后降低,表明A位的Mn^(2+)阳离子的磁矩与B位的Mn^(3+)和Mn^(4+)阳离子反平行排列,且该磁结构主要分布在样品表面.此外,通过量子力学方势垒模型解释了Mn^(2+)阳离子线性掺杂进入A位行为的物理机制,并给出了进入A位Mn^(2+)阳离子存在最大值的结果.

锰离子参与的类Fenton反应的HPLC和ESR波谱研究

利用自旋捕捉-ESR技术及芳环羟基化反应-高效液相色谱(HPLC)法两种方法研究了Mn^(2+)参与的类Fenton反应.两种方法均检测到Mn^(2+)与H_2O_2反应产生·OH.建立了HPLC-荧光检测器对·OH的高灵敏快速检测方法.检测了超氧化物歧化酶以及几种Mn^(2+)配体对产生?OH的影响.结果显示,Mn^(2+)与H_2O_2反应可以发生类Fenton反应,产生·OH.这一现象可能是Mn^(2+)引起生物体内氧化损伤的重要原因.

基于控制结晶法制备的锂离子电池正极材料球形锰酸锂

采用控制结晶法,以MnSO4,NH4HCO3和氨水为原料制备了球形MnCO3。所得产品的振实密度为2.1 g/cm3,粉末粒度约为20μm。研究了MnCO3在不同温度下的热分解性能,对热分解产物的差热/热重分析和X射线衍射分析发现,MnCO3的热分解反应分两步进行,在300℃时开始分解,生成中间产物MnO2;在520℃时,MnO2开始转化为Mn2O3,至560℃时完全转化为立方相的球形Mn2O3。实验所确定的MnCO3完全分解为立方相球形Mn2O3的最佳条件为在560℃下加热4 h。以LiCO3为锂源材料,在750℃下与球形Mn2O3一起焙烧,制备得到球形LiMn2O4。其在25℃和0.4C倍率下的首次充放电容量分别为131和125 mA.h/g,90次循环的容量保持率为84%。

纳米ZnS∶Mn^(2+)薄膜荧光增强动力学研究

利用有机溶胶方法制备了纳米ZnS∶Mn2 + 颗粒并将其分散在PVB薄膜中 ,观察到紫外辐照荧光增强的现象且增长倍数高于以前的报道。利用激发和发射光谱等手段对荧光增强的动力学过程进行了研究。认为纳米ZnS中元激发向Mn2 + 离子和表面态的能量传递是两个互相竞争的过程 ,紫外光辐照使表面态数目减少从而使Mn2 + 的发光增强 ,辐照后ZnS基质的 1P能级对Mn的激发更为有效。该样品在太阳光辐照下有相同的增强效应 。

锂离子电池正极材料Li_(1+x)Mn_2O_4的合成及其性能研究

采用醋酸锰和醋酸锂作为起始反应物，在水溶液中混合均匀，通过加热蒸发形成混合均一的反应前趋体并在不同温度下焙烧可获得最终产物．在８５０℃下，起始反应物锂锰摩尔比例采用１.１：２可获得电化学性能较好的活性材料．利用热重分析及红外光谱对反应历程进行分析并提出了可能的反应机理．对所合成的产物进行ＸＲＤ、结构形貌及电化学性能进行测试研究，表明其颗粒细小、分布均匀、结晶性能好、为蜂窝状结构、比表面积较大，初始容量较高和循环稳定性能良好，初始容量达１２８ｍＡｈ／ｇ．

锂离子电池锰系正极材料的研究进展

综述了锂离子电池中锰系正极材料的研究和发展。对尖晶石型LixMn2 O4、正交晶系LiMnO2 、复合多维含锂二氧化锰 (CDMO)等电极材料的合成制备方法、晶体结构、充放电容量、电化学特性等进行了较为详细的论述。

毛细管区带电泳中钴、镍、锌、锰等金属离子的络合富集

提出了CZE络合富集的基本方法。通过络合作用使金属离子在样品区带和背景电解质中具有不同迁移速度而实现富集。以金属离子Co2+、Zn2+、Mn2+和Ni2+为溶质,4(2吡啶偶氮)间苯二酚(PAR)和EDTA为络合剂进行实验研究,探讨了柱容量、样品浓度、络合剂种类及进样方式等参数对富集的影响。在不超出柱容量的情况下,峰高随着进样时间的增加而增大。采用pH8.40、6.25mmol/L硼酸盐分离不同浓度Co2+、Ni2+,进样量可增加约100倍,检测灵敏度增加40倍。

天然锰钾矿处理含Cd^(2+)废水实验研究

利用天然锰钾矿处理实验室内配置的含Cd2 + 废水 ,结果表明 :天然锰钾矿对水溶液中Cd2 + 的去除达平衡需 2d以上 ;锰钾矿粒径越小对Cd2 + 的去除量越大 ;溶液中Cd2 + 的浓度不太高时 ,去除量随溶液浓度的升高而增大 ;在酸性介质中去除量随pH值增大先降低后增大 ,pH值超过 6 .3时天然锰钾矿表面开始带负电荷 ,在弱碱性介质中去除量最大 ;不同电解质对去除量的的影响主要是由Cl-与Cd2 + 的络合造成的。实验浓度范围内能很好地用Lang muir吸附等温线拟合 ,对Cd2 + 的最大吸附量为 5 .5 4mg/ g。锰钾矿处理含Cd2 + 废水的过程中伴随有K+ 和Mn2 + 溶出。处理Cd2 + 后的锰钾矿渣 ,经超声并淋滤后仍有大部分的Cd2 + 被固持 ,固持率可达去除量的 79.82 %。

锂离子电池正极材料LiMnO_2的结构稳定性及电化学过程中的相变

LiMnO_2是同质多相化合物,不同相的结构稳定性差异很大,层状结构的LiMnO_2是热力学不稳定的结构,制备相当困难。层状结构的LiMnO_2是一类新的锂离子电池正极材料,它的理论比容量为270mAh/g,实际比容量也超过170 mAh/g。从该体系材料的合成、结构特点、稳定性以及电化学性能等方面对近几年的研究成果进行综述,分析了该化合物的斜方相比单斜层状结构稳定的内在机制以及稳定单斜层状结构LiMnO_2的理论依据,讨论LiMnO_2在电池充放电循环过程中的相转变以及今后的发展方向。