基本信息
- 项目名称：
- 熔盐燃烧合成LiMn2O4的研究
- 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：
- 以低熔点的醋酸锂和醋酸锰为原料，不添加任何燃料的条件下制备尖晶石型LiMn2O4正极材料，研究不同保温时间以及二次焙烧工艺条件对材料晶体结构以及电化学性能的影响。
- 详细介绍：
- 尖晶石型LiMn2O4正极材料锰来源丰富、成本低、无毒等优点，被认为是很有希望代替LiCoO2作为锂离子电池的正极材料之一。 本文选用低熔点的醋酸锂(70℃)和醋酸锰(80℃)为原料，不外加其他燃料，不作任何预处理，以加热熔融原料自混合方式，较系统地研究了加热温度500－700℃以及保温时间2－6h时对熔盐燃烧合成尖晶石型LiMn2O4的影响。结果表明，在本实验条件下都可合成主晶相为LiMn2O4的物质，其中杂质为Mn2O3或Mn3O4，600℃时产物中LiMn2O4的纯度最高；在600℃及其以下时杂质为Mn2O3，而700℃时为Mn3O4；产物LiMn2O4的结晶性随保温温度和保温时间变化不大，杂质Mn2O3的含量随保温温度增加而减少，但随保温时间变化不大。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 撰写目的：目前商业上锂离子电池使用的正极材料由于价格昂贵、有毒、易污染环境而受到很大的限制。研究资源丰富、性能优良、工艺简单、成本低、无毒无污染的正极材料（尖晶石型LiMn2O4）可以对电池工业作出一定的贡献。 基本思路：以低熔点的醋酸锂和醋酸锰为原料，不添加任何燃料的条件下制备尖晶石型LiMn2O4正极材料，研究不同保温时间以及二次焙烧工艺条件对材料晶体结构以及电化学性能的影响。
科学性、先进性及独特之处
- 本文选用低熔点的醋酸锂(70℃)和醋酸锰(80℃)为原料，不外加其他燃料，不作任何预处理，以加热熔融原料自混合方式（该方法实现了低温下原料的自混合，在液态间进行反应,离子扩散速度显著加快，具有反应温度低、反应时间短、工艺简单、对设备要求低的特点。）较系统地研究温度和时间对熔盐燃烧合成对尖晶石型LiMn2O4的影响，为熔盐燃烧合成LiMn2O4提供科学依据。
应用价值和现实意义
- 锂离子电池具有高的能量密度和好的循环性能被广泛运用于便携电子设备及混合动力汽车的研究中。目前商业上使用的正极材料由于价格昂贵、有毒、易污染环境而受到很大的限制。尖晶石型LiMn2O4具有资源丰富、无毒无污染、性能优良而受到越来越多的关注。如果本实验研究成功，可以凭借其多种优势进行业开发，可以减少目前大量有毒电池材料带来的环境污染及高成本问题，同时有望能在电池行业中创造一种新的发展形势和方向。
学术论文摘要
- 以低熔点醋酸锂和醋酸锰为原料，不外加其他燃料，不作任何预处理，较系统地研究了加热温度500－700℃以及保温时间2－6h时对熔盐燃烧合成尖晶石型LiMn2O4的影响。结果表明，在本实验条件下都可合成主晶相为LiMn2O4的物质，其中杂质为Mn2O3或Mn3O4，600℃时产物中LiMn2O4的纯度最高；在600℃及其以下时杂质为Mn2O3，而700℃时为Mn3O4；产物LiMn2O4的结晶性随保温温度和保温时间变化不大，杂质Mn2O3的含量随保温温度增加而减少，但随保温时间变化不大。
获奖情况
- 第六届云南高校青年学术科技作品竞赛省级三等奖
鉴定结果
- 无
参考文献
- [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,刘贵阳,王宝森,等.醋酸盐-葡萄糖体系溶液燃烧合成尖晶石型LiMn2O4研究[J].功能材料，2008，39(2):254-256 [3] 郭俊明，刘贵阳，白晓红，等.自混合熔盐燃烧合成LiMn2O4的初步研究[J].云南民族大学学报(自然科学版)，2010，19(1):36-38
同类课题研究水平概述
- 目前，制备LiMn2O4的方法主要有高温固相法、熔盐浸渍法、溶胶-凝胶法、燃烧合成法等。熔盐浸渍法与液相燃烧合成法均能实现原料的均匀混合，但熔盐浸渍法需用KCl或过量的LiOH作为熔融盐，在制备完成后，要使用蒸馏水、乙醇对样品进行洗涤，除去KCl或过量的锂盐，工艺较复杂，成本高。液相燃烧法与熔盐法都可使原料混合均匀,在液态间进行反应,离子扩散速度显著加快,有效地降低了反应温度和缩短了反应时间,可使材料的晶体结构和性能得到改善。Kang等报道用醋酸锂和醋酸锰为原料，不添加其他燃料，以加热熔融原料自混合方式和每分钟升温10℃的速率，研究了制备尖晶石型LiMn2O4物质的过程。这些方法皆是各有优缺点。
