锂离子电池正极材料尖晶石型锰酸锂的研究进展

尖晶石型锰酸锂能量密度高、成本低、无污染、安全性好、资源丰富,是最有发展潜力的锂离子电池正极材料之一。但是循环过程中容量衰减较快成为制约其发展的主要因素。结合笔者的研究工作,详细阐述了锰酸锂的各种制备方法及其优缺点,综述了近几年来在表面修饰和体相掺杂改性方面的研究进展。     

锂源及烧结条件对三元材料电化学性能影响

采用高温固相两次烧结法,以氢氧化锂和碳酸锂为锂源制备了性能优良的三元正极材料(LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2),分别用XRD和SEM对材料的晶体结构和微观形貌进行了分析研究。结果表明,以氢氧化锂低温制备的材料其综合电性能表现更加优异。在室温25℃,高电压范围3.0～4.45 V下,扣式电池1 C放电比容量达到171 mAh/g,400次充放电循环后,容量保持率达到91%。     

电池级超微细磷酸铁的制备

为了探索一种低成本的磷酸铁合成工艺,以硫酸亚铁为原料,经过硫酸亚铁氧化、碱式磷酸铁沉淀、碱式磷酸铁转化制备出电池级超微细磷酸铁.研究了硫酸亚铁氧化、碱式磷酸铁沉淀、碱式磷酸铁转化反应过程中反应温度、加料时间、磷酸浓度等因素对磷酸铁产品质量的影响.通过试验得到了合成磷酸铁的最佳工艺条件：氧化反应过氧化氢加料量为标准量的120%,加料时间50min,沉淀反应温度40℃;磷酸铵加料时间40min,转化反应温度90℃,磷酸浓度0.5mol/L.在此最佳工艺条件下制备出了平均粒径小于3.0μm的电池级超微细磷酸铁,元素分析表明产品中金属杂质含量均小于0.005%,硫含量小于0.022%,且磷铁比为1.01,产品磷酸铁纯度较高.X射线衍射分析结果表明未经高温处理的产品是一种无定形微细颗粒,而经过600℃高温煅烧后的产品结晶度高,晶型完美.     

农药副产废盐渣的无害化处理及利用

农药生产过程产生大量副产废盐,严重制约农药行业的发展。利用湖南化工研究院专利技术建立了一套1万t/a规模农药副产盐渣处理装置,处理后的盐(20%水溶液)COD值为83.5 mg/L,毒性检测属Ⅲ类,为低毒化学品,且处理过程不产生二次污染达到无害化处理的目的。产品盐可以用于建材添加剂等工业领域,具有较好的经济效益和社会效益,也为其他化工副产废盐的无害化处理及资源化利用提供依据。     

不同烧结气氛对尖晶石型LiMn_2O_4电化学性能的影响

分别用普通烧结炉和湖南化工研究院研发的烧结炉在不通空气和通空气的条件下制备LiMn_2O_4。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(S EM)对产物的结构和微观形貌进行表征,通过充放电性能测试分析了不同气氛对LiMn_2O_4电化学性能的影响。结果表明,制备的LiMn_2O_4均为规则的尖晶石结构,利用湖南化工研究院研发的烧结炉在通气条件下制备的LiMn_2O_4晶体结构最稳定,颗粒大小分布均匀,电化学性能最佳,首次放电比容量为113.0 m Ah/g,循环500次后容量保持率为95.20%,3.4 V平台效率为98.14%。     

工业硫酸锰中钙、镁深度除杂的工艺研究

研究了工业硫酸锰中钙、镁杂质的深度除杂工艺。采用硫酸锰溶液预处理、加入晶种、控制工艺条件相结合的方法,以氟化锰为钙镁除杂剂,改善体系的过滤性能,提高钙、镁的去除率,使产品中钙、镁含量之和降低至小于0.05‰。所得产品可以达到电池级高纯硫酸锰对钙、镁含量的要求。     

水合肼副产盐渣回收利用扩试研究

水合肼生产中副产大量盐渣,这种盐渣中因含有少量水合肼、尿素等有害杂质,不能直接作为原料盐用于氯碱工业,必须除去盐渣中的氮。利用自主研发的专利设备及工艺,用高温法对水合肼副产盐渣的回收利用进行了规模为15 t/a的扩试研究。结果表明,在热分解温度为450℃、加料量为2.0 kg/h、停留时间为6 h的条件下,经处理后的盐总氮质量分数2×10-5,可完全满足氯碱工业用盐要求。为水合肼副产盐渣的资源化利用开辟了一条可行的技术路线。     

副产硫酸亚铁制备电池级草酸亚铁的研究

以钛白副产硫酸亚铁为原料制备出电池级草酸亚铁。研究了除杂、沉淀、转化反应过程中反应温度、反应时间、硫酸亚铁浓度以及反应pH等因素对产品质量的影响,并得到了优惠工艺条件。结果表明：在反应温度为 95 ℃、反应时间为6 h的条件下用铁粉对硫酸亚铁溶液除杂,得到纯净硫酸亚铁溶液;在反应温度为40 ℃、铁（Ⅱ）质量浓度为90 g/L的条件下用氨水沉淀,再用草酸于反应时间为60 min、pH=2.0条件下将氢氧化亚铁转化成草酸亚铁,制备出了纯度大于99.5%、粒径小于3.0 μm、杂质含量低的电池级草酸亚铁。为解决钛白副产硫酸亚铁的综合利用提供了一条有效的途径。     

硫酸锰沉淀法制备重质碳酸锰的工艺研究

随着锂电池行业特别是动力锂电行业的迅速发展,作为重要基础锰源材料的重质碳酸锰受到高度重视。采用自主设计制作的沉锰反应器,进行硫酸锰沉淀法制备重质碳酸锰,最优工艺条件是反应温度45℃,反应时间10h,碳酸氢铵过量系数为1.05,产品碳酸锰的振实密度可达2.4g/cm3。在粒径控制剂存在的条件下,得到的重质碳酸锰粒径分布好,为高品质化学二氧化锰、高品质四氧化三锰的制备创造了条件,是锂电池正极材料的理想锰源材料。     

化学二氧化锰研究进展

综述了化学二氧化锰的制备、应用等方面的研究进展和现状。介绍了几种常用的制备方法,包括：碳酸锰热分解法、硝酸锰热分解法、溶液氧化还原法,以及纳米二氧化锰的制备方法,并分析了这些制备方法的特点。目前化学二氧化锰的主要工业生产方法是碳酸锰热分解法、硝酸锰热分解法和硫酸锰-高锰酸钾氧化还原法。纳米二氧化锰的制备及其应用是未来化学二氧化锰研究的重要发展方向。