离子筛MnO_2·0.4H_2O的固相法制备及特性研究

以单水氢氧化锂和四氧化三锰为原料,用固相法制备出锂离子筛锰酸锂,改变n(锂)/n(锰)之后,用同样的方法制备出另一物质Li1.33Mn1.67O4,经硝酸洗涤脱锂后制备了锂离子筛MnO2·0.4H2O。测定了酸洗时前驱体的锂洗脱率、锰溶损率,研究了锂离子筛MnO2·0.4H2O的饱和吸附量、稳定性、pH滴定曲线。结果表明,前驱体Li1.33Mn1.67O4经硝酸二次酸洗后,锂洗脱率和锰溶损率分别为62.7%和6.0%。在含0.1 mol/L氢氧化钠和10 mmol/L氯化锂的溶液中,经固相法制备的锂离子筛MnO2·0.4H2O对锂离子的饱和吸附量达到24.6 mg/g,并且具有较好的稳定性,pH滴定曲线表明锂离子筛对锂离子具有很好的选择性。

Li_(1.6)Mn_(1.6)O_4酸洗后离子筛在盐湖卤水中的吸附性能

通过对前躯体Li1.6Mn1.6O4酸洗制备离子筛进行正交实验分析,得出最优化的酸洗条件,然后分别应用伪一级、伪二级动力学方程对吸附过程进行研究,考察离子筛对卤水中各主要金属离子的分离性能以及在卤水中的循环吸附性能,对离子筛吸附锂、脱锂后样品进行锰平均化合价及锂锰摩尔比测定。研究结果表明:最优酸洗条件为酸洗温度70℃,搅拌速率500r/min,酸洗时间24h,盐酸浓度0.5mol/L,液固比400mL/g。此实验条件下得出锂的迁出率为96.28%,锰的溶损率为7.46%。酸洗后所得离子筛对锂离子有较好的特定选择性;离子筛对Li+的吸附过程服从伪二级动力学方程,即为化学吸附过程;离子筛有较优异的循环吸附性能;离子筛的实际吸附容量只有其理论容量的1/3,离子筛始终未达到最大饱和吸附容量。

低维纳米立方相Li_4Mn_5O_(12)的制备及锂吸附性能

以MnSO4·H2O和(NH4)2S2O8为原料通过控制水热反应条件合成了纯的四方相β-MnO2纳米氧化物,进一步通过低温固相法制备了立方相Li4Mn5O12,经酸浸脱锂后得到对Li+具有特殊选择性的MnO2离子筛.用XRD、HRTEM、SAED、吸附等温线、吸附动力学及共存金属离子的分配系数等手段对产物的晶相结构和Li+选择性吸附性能进行了研究.HRTEM和SAED图像表明氧化物MnO2、前驱体Li4Mn5O12和离子筛MnO2均为低维纳米棒.离子筛的最大吸附量达到6.6mmol/g,且当Li+初始浓度仅为5.0mmol/L时,离子筛的吸附量即可达到约5.0mmol/g,这对于在海水或锂离子浓度极低的盐湖卤水提锂具有重要的实用意义.

锂离子筛前驱体Li_4Mn_5O_(12)的制备及性能研究

吸附法是目前从低锂浓度的盐湖卤水中提取锂的最有前途的方法。采用EDTA-柠檬酸络合法制备了Li4Mn5O12前驱体,经酸浸脱锂后得到对Li+具有特殊选择性的锰氧化物锂离子筛。通过热重、XRD、SEM、FT-IR、化学组成、吸附动力学及共存金属离子的分配系数等手段对样品的晶相结构和Li+选择性吸附性能进行了研究。结果表明:煅烧时间对Li4Mn5O12前驱体生成有较大影响,由400℃煅烧24 h所得的前驱体几乎为纯相的Li4Mn5O12化合物,经酸浸脱锂后的离子筛仍保持着与前驱体相同的尖晶石结构;前驱体Li4Mn5O12和离子筛MnO2均为200 nm左右的球状颗粒;离子筛的最大吸附容量为43.1 mg/g,并具有较好的Li+选择性。

Li_(1.6)Mn_(1.6)O_4/PVDF多孔膜的制备及提锂性能

自制锂离子筛前驱体Li1.6Mn1.6O4,并将Li1.6Mn1.6O4粒子与高分子树脂PVDF杂化制膜,研究了膜经稀盐酸抽锂后对锂的吸附性能以及多次吸附与脱附性能等。结果表明,膜M-10-55[Li]采用0.5 mol·L-1 HCl溶液抽锂约2 h锂的脱出基本达到平衡,Li+的洗脱率在95%左右,锰的溶损率为3.5%左右。抽锂后得M-10-55[H]对富锂溶液中锂的吸附约12 h达平衡,对锂的吸附容量较高为41 mg·g-1,在第5次吸附时对锂的提取量为35 mg·g-1左右。相比于Na+、K+、Mg2+、Ca2+,该膜对Li+表现出较好的选择性,对于从海水、盐湖卤水等液态锂资源中提取锂有很大的开发潜力。

锂锰氧化物离子筛盐湖提锂的研究现状及应用前景

锂锰氧化物离子筛对Li+离子选择性高,吸附容量大且环境友好,被认为是目前最具应用前景的绿色盐湖卤水提锂方法。重点介绍了我国盐湖锂资源的情况及λ-MnO2离子筛盐湖提锂的反应机理、制备方法以及研究现状,并对我国盐湖卤水的开发提出了自己的看法。

Al掺杂对尖晶石型Li[Mn(Al)]_2O_4结构的影响

采用共沉淀法按不同 Al掺杂比例 x[x=n( Al)∶ n( Mn+ Al) =0 ,0 .0 2 5 ,0 .0 5 0 ,0 .1 0 0 ,0 .1 5 0 ,0 .2 0 0 ]制得了 Al( OH) 3 和 Mn3 O4混合物 ,将其与 Li NO3 按一定比例混合 ,在空气中于 70 0℃烧结得Li[Mn( Al) ]2 O4样品 .X射线衍射和 Raman光谱结果表明 ,在 0≤x≤ 0 .2 0范围内均得到了单相的尖晶石型样品 ,随着 x的增加 ,晶胞参数减小 ,晶格振动能量增加 ,Mn( Al)— O的结合增强 ,结构稳定性增强 .

不同锂锰比尖晶石型LiMn_2O_4的结构与电化学性能的分析

分析了系列不同锂锰比对尖晶石型LiMn2O4性能的的影响。并对样品进行TG-DTA(热重/差热分析仪)、XRD(X射线衍射光谱)、SEM(扫描电镜)与电性能测试。研究结果表明:Li∶2Mn为1.00～1.50时,都可以得到尖晶石结构的LiMn2O4;当Li∶2Mn比值为1时,LiMn2O4的晶粒单体形态表现为规则的八面体状;随Li∶2Mn比值增大,LiMn2O4晶胞轴长有变小趋势,电化学稳定性有一定增强,比容量和电循环性能均有所改善,Li∶2Mn比值约为1.04～1.05时,其电化学性能表现较好;随着锂锰比的增加,杂相也相应增加,LiMn2O4由规则粒状渐变为团块状。由于杂质相含量的增加及LiMn2O4晶格变形增强,当Li∶2Mn比大于1.2时,电化学性能也明显变差。

锂离子导体包覆镍锰酸锂正极材料的制备及其电化学性能

采用原位包覆法制备表面包覆Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)的Li Ni0.5Mn1.5O4(LNMO),即LNMO@LATP正极材料。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及电化学测试等手段对其物相结构、表面形貌及电化学性能进行研究。结果表明:LATP以无定型态紧密包覆于Li Ni0.5Mn1.5O4的表面,包覆层厚度约为5 nm。由于LATP包覆层具有保护电极材料表面和提高锂离子导电的双重作用,减少了电极过程的副反应,降低了电化学极化,提供了更多的锂离子扩散通道,导致LNMO@LATP具有比LNMO更稳定的循环性能和更好的倍率性能,特别是在高温的情况下。室温下在0.2C放电时,LNMO@LATP和LNMO的首次放电容量分别为141.5和142.6m A·h/g,经80次循环后,二者放电容量保持率分别达到99.2%和98.0%;而在10.0C放电时,LNMO@LATP和LNMO的首次放电容量分别为93.5和70.6 m A·h/g,经80次循环后,二者放电容量保持率分别达到66.1%和49.5%。当循环温度提高到55℃时,LNMO@LATP和LNMO在0.2C循环80次后的放电容量保持率分别为95.5%和79.2%;而在10.0C放电循环80次后,放电容量保持率分别为88.0%和51.0%。

Li_2Mg_2Si_4O_(10)F_2、H_2Mn_8O_(16)·1.4H_2O和Li_(1.3)Ti_(1.7)Al_(0.3)(PO_4)_3在高浓度LiCl水溶液中的离子交换行为

研究了用功能材料Li_2Mg_2Si_4O_(10)F_2(LHT)、H_2Mn_8O_(16)·1.4H_2O(CRYMO)和Li_(1.3)Ti_(1.7)Al_(0.3)(PO_4)_3(LTAP)分别去除高浓度氯化锂水溶液中的杂质Fe^(3+)、K^+和Na^+.实验结果表明,这几种功能材料分别对溶液中的杂质Fe^(3+)、K^+和Na^+有很高的选择性,除杂效果明显.分析和研究了这几种功能材料在高浓度氯化锂水溶液中分别与Fe^(3+)、K^+和Na^+的交换行为.结果表明,在高浓度氯化锂溶液中这几种功能材料与杂质交换的动力学行为可近似用JMAK方程描述.

锂离子电池正极材料Li_xMn_2O_4电子结构的量子化学DV-X_α研究

采用原子基表示的第一原理赝势DV Xα方法,计算了锂离子电池正极材料LixMn2O4(x=0,1,2)各种模型的电子结构。结果表明:电极材料LixMn2O4具有较好的电子导电性,锂离子嵌入正极材料后发生Jahn Teller效应引起材料结构改变;锂离子的净电荷变为+0.7(x=1)、+0.9或+0.5(x=2),说明锂离子过度嵌入LixMn2O4中,导致部分锂离子和氧离子的相互作用增强,锂离子脱出较为困难,从而容量降低。最高占有轨道(HOMO)到最低空轨道(LUMO)的跃迁能很小,电子较易进行嵌入和脱出。

纳米氧化锰的制备及其电化学性能研究

用流变相-前驱物热分解法制备了纳米氧化锰粉末,用XRD、TEM和LPSA对粉末样品的组成、结构、粒度和形貌进行了表征。结果表明MnO和Mn3O4都属于立方晶系的球形粒子,平均粒径(d50)分别约为45.6nm和69.1nm。对MnO和Li2Mn2O4(由Mn3O4制备)的电化学性能研究表明,Li2Mn2O4具有较高的充放电容量和较好的循环性能,其首次放电容量为128mAh/g,经过十次充放电循环之后电容量仍有117.5mAh/g。而MnO的电化学性能欠佳。

不同Mn源对Li_(1+x)Mn_(2-x)O_4尖晶石正极材料的电化学性能的影响

以 Li2 CO3为 Mn源 ,采用醇水混合溶剂分散与中温固相反应法考察了 Mn(NO3) 2 · 6H2 O,Mn(Me CO2 ) 2· 4 H2 O,Mn CO3,化学 Mn O2 (CMD)和电解 Mn O2 (EMD)等不同 Mn前驱物对制备 Li1 + x Mn2 - x O4尖晶石正极材料的电化学性能的影响 ,并采用 XRD,BET,TEM等手段对材料进行了表征。结果表明 ,由不同 Mn前驱物制备的正极材料均呈尖晶石结构 ,其容量大小和循环性能 (依 Mn源为顺序 )为 EMD>Mn(NO3) 2 · 6H2 O>Mn CO3>Mn(Me CO2 ) 2 · 4 H2 O>CMD。材料呈立方晶体 ,比表面积 (依 Mn源为顺序 )为 CMD>Mn CO3>Mn(NO3) 2 · 6H2 O>Mn(Me CO2 ) 2 · 4 H2 O>EMD,正好与容量及稳定性顺序相反。采用本文的制备方法时 ,EMD和 Mn(NO3) 2 · 6H2 O都是较好的 Mn前驱物 ,Mn(Me CO2 ) 2 · 4 H2 O和 Mn CO3也可以做 Mn源 ,但焙烧时需要富氧气氛 ,CMD不适宜作

水热合成法制备锂离子筛工艺参数的研究

采用水热合成法,以自制的碱式氧化锰和氢氧化锂为原料制备LiMnO2,经高温焙烧后制备富锂锂锰氧化物Li1.6Mn1.6O4,再经酸洗得到了锂离子筛。讨论了锂离子筛制备过程中涉及到的水热合成LiMnO2的锂锰比、反应温度、反应时间、焙烧温度和升温速率等工艺参数,研究了其对锂离子筛吸附锂性能的影响,筛选了适宜的合成条件。结果表明,当锂锰比为3.0、反应温度100℃、反应时间24h、焙烧温度400℃和升温速率10℃/min时得到的Li1.6Mn1.6O4,其酸洗产物-锂离子筛在锂离子浓度10mg/L的LiCl水溶液中前3h吸附速率很快,锂吸附量达到27mg/g,经过24h后达到吸附平衡,吸附量为34mg/g左右。

锂离子筛前驱体Li_4Mn_5O_(12)的制备及性能

以水热法自制γ-MnOOH和LiOH·H2O为原料,在较低温度下固相反应制备出尖晶石型Li4Mn5O12,经酸浸脱锂后得到对Li+具有特殊选择性的MnO2离子筛。研究该离子筛对Li+的吸附性能和选择性,并用XRD、SEM和FT-IR等和Li+选择性吸附研究固相反应工艺对离子筛材料结构、化学组成及离子交换性质的影响。结果表明:煅烧时间对前驱体的生成有较大影响,由400℃煅烧32 h所得的前驱体为纯相Li4Mn5O12化合物,经酸浸脱锂后的离子筛仍保持与前驱体相同的尖晶石结构;锰源γ-MnOOH、前驱体Li4Mn5O12和离子筛MnO2均为低维棒状结构形貌;离子筛对锂的吸附速率符合一级动力学Lagergren方程,饱和吸附容量为40.2 mg/g,并具有较好的Li+选择性。

富锂尖晶石Li_4Mn_5O_(12)的合成

采用溶胶 凝胶法合成了富锂尖晶石Li4Mn5O12 ,研究了工艺条件对产物物理性能及晶体结构的影响。利用TGA DTA对其进行热分析 ,XRD ,SEM ,ICP等多种分析手段对产物进行了结构特征的表征。结果表明 :用柠檬酸做配合剂 ,最佳 pH值为 6 5 ,3 0 0℃焙烧 8h可合成纯相尖晶石Li4Mn5O12 ,形貌较好 。

PS微球的制备及三维胶晶模板的组装和应用

研究了PS微球合成中单体、引发剂和乳化剂浓度以及聚合温度对粒径及分布的影响。采用高速离心沉淀法、恒温加热蒸发诱导法和自然沉降法对单分散PS微球进行了组装,得PS胶体晶体模板,并以其为模板制备了锂离子筛前驱体Li4Mn5O12。用纳米粒度及ZETA电位分析仪、扫描电子显微镜(SEM)、饱和交换容量等表征了材料的粒径及分布、形貌、结构和离子交换性能。结果表明:通过控制反应条件可以在一定范围内制得粒径均一、单分散性好、表面规整光滑的PS微球;PS胶体晶体模板三维有序,排列规整;酸改性后的离子筛前驱体对Li+饱和交换容量为7.49mol/g锂离子筛。

柠檬酸溶胶-凝胶法合成嵌锂电极材料

选用金属醋酸盐和柠檬酸配体,采用溶胶-凝胶法合成出锂离子电池正极材料L i1.05M n2O4.通过优化溶液的pH值和合成温度,包括预烧温度和灼烧温度,制备出纳米尺寸颗粒占13.05%的样品.X射线衍射分析表明,样品为尖晶石型结构,晶格常数a=0.823 nm.扣式电池充放电性能测试的结果表明,合成的L i1.05M n2O4样品具有良好的充放电循环性能,0.1 C充放电循环100次容量损失仅为4.5%.

固体电解质Li_5La_3Ta_2O_(12)包覆LiMn_2O_4的改性研究

采用溶胶-凝胶的方法低温制备石榴石结构的固体电解质Li5La3Ta2O12,并用其包覆Li Mn2O4来改善材料的电化学性能。通过XRD,SEM和TEM等表征手段对材料的结构和形貌进行分析,并通过恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等测试分析材料的电化学性能。研究结果表明:Li5La3Ta2O12包覆的Li Mn2O4材料与未包覆的材料相比,其电化学性能得到明显改善,经过150次循环后包覆材料的放电比容量保持率为92%,在高倍率10C(C为倍率)下包覆材料放电比容量为61.2 m A·h/g,而未包覆材料放电比容量仅为40.7 m A·h/g;包覆Li5La3Ta2O12后,Li Mn2O4的阻抗明显减小,大幅度提高了其循环性能和倍率性能。

Li_3PO_4掺杂的Li(Ni_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3))O_2锂离子电池正极材料的流变相法合成及电化学性能表征

采用氢氧化物共沉淀法制备了锂离子电池正极材料前驱体（Ni0.5Co0.2Mn0.3）（OH）2，并用流变相反应法合成了Li3PO4掺杂的Li（Ni0.5Co0.2Mn0.3）O2锂离子电池正极材料。运用X射线粉末衍射和恒电流充放电对产物进行了结构和电化学性能的表征，结果表明Li3PO4掺杂的Li（Ni0.5Co0.2Mn0.3）O2具有标准的层状α-NaFeO2结构，样品为1μm左右的片状一次颗粒聚集而成的类球形二次颗粒。掺杂1%（质量分数）Li3PO4的 Li（Ni0.5Co0.2Mn0.3）O2锂离子电池在0.1C的倍率下首次放电比容量达到188.6 mA·h·g-1（2.2～4.6 Vvs Li＋/Li），30次循环后容量保持率为92.9%。循环伏安、交流阻抗测试表明Li3PO4的掺杂可减少充放电过程中电解液和电极之间的电荷传递电阻和锂离子扩散电阻，减小极化作用，从而提升了Li（Ni0.5Co0.2Mn0.3）O2材料的电化学性能。