锂离子电池正极材料LiMn2O4的理化性能分析方法研究

论文摘要

随着能源与环境问题的日益突出以及现代科技的高速发展,人们对电池的性能提出了更高的要求。锂离子电池以其工作电压高、循环寿命长、能量密度高、无环境污染、无记忆效应等优势而成为人们的首选。正极材料的质量对锂离子电池的性能影响很大,所以发展高能锂离子电池的关键技术之一是正极材料的开发。目前商品化的锂离子电池正极材料有LiCoO2、LiNiO2、LiFePO4、LiMn2O4等。纵观正极材料市场,各种材料都有各自的优点和缺点,锰系正极材料（主要为尖晶石型LiMn2O4）价格低廉,易于制备,且锰的资源丰富,对环境无污染,即使LiMn2O4的循环性较差、高温下容量易衰减,但综合比较LiMn2O4具有较高的性价比,被公认为是21世纪最有竞争力的锂离子电池正极材料。论文首先综述了国内外锂离子电池正极材料尖晶石型LiMn2O4的研究进展,研究主要集中在合成制备和掺杂改性方面,又简单介绍了化学分析法中主要的分析法—原子吸收光谱法。论文的研究重点分为两个部分:一、锂离子电池正极材料LiMn2O4的物理性能分析;二、锂离子电池正极材料LiMn2O4的化学成分分析。在物理性能分析中主要研究了测定LiMn2O4材料的pH值、粒度分布、比表面积、振实密度、晶体结构、水含量的方法,测定值与其产品出厂规定值相一致。在LiMn2O4的化学成分分析中研究了测定主成分Mn含量、杂质成分Fe、Na、Ca、Mg、Pb、Cd的方法。测定材料中的Mn采用络合滴定法,关键是准确标定滴定用EDTA标准溶液的浓度,并且指示剂能够明显指示滴定终点,此方法准确度高,最终Mn含量53.78%,与对比的仪器测定值54.9%在允许的测定误差之内,RSD=2.04%,精密度好。测定材料中的Fe、Na、Ca、Mg采用火焰原子吸收光谱法,此种方法中主要考虑的问题是:（1）测定Fe、Na、Ca、Mg时标准工作溶液和待测液中的盐酸浓度,要从灵敏度和保护仪器两个方面来综合选择;（2）基体Mn和Li是否对测定Fe、Na、Ca、Mg产生影响,如果影响显著则要在标准工作溶液中加入相当于待测液中同量的Mn和Li;（3）测Na时需要加入消电离剂CsCl,消电离剂可以抑制Na在原子化时电离的损失,增大测Na的灵敏度和准确度,也是测Na必不可少的;（4）测Ca、Mg时需要加入释放剂LaCl3,释放剂可以基本消除基体和其他杂质元素的干扰,使检测有更高的准确度。测定材料中的Pb、Cd采用石墨炉原子吸收光谱法,此种方法中主要考虑的问题是硝酸浓度、Pb和Cd的灰化温度和原子化温度、基体改进剂对测定产生的影响。根据LiMn2O4材料中各元素含量分析的结果可知,本论文所建立的化学成分分析方法准确度高,精密度好,满足此种材料的分析要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 2O₄ 简介'>1.1 LIMN₂O₄简介
• 2O₄ 概述'>1.1.1 LiMn₂O₄概述
• 2O₄ 的合成制备'>1.1.2 LiMn₂O₄的合成制备
• 1.1.2.1 固相法
• 1.1.2.2 液相法
• 2O₄ 的改性与修饰'>1.1.3 LiMn₂O₄的改性与修饰
• 2O₄ 的应用前景'>1.1.4 LiMn₂O₄的应用前景
• 1.2 原子吸收光谱法简介
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 火焰原子吸收光谱分析法
• 1.2.3 石墨炉原子吸收光谱分析法
• 1.3 本课题的研究内容和现实意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 现实意义
• 2O₄的物理性能分析方法研究'>第二章 LIMN₂O₄的物理性能分析方法研究
• 2.1pH 值
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 仪器
• 2.1.3 测定步骤
• 2.1.4 结果的表示
• 2.2 粒度分布
• 2.2.1 原理
• 2.2.2 仪器
• 2.2.3 实验程序
• 2.2.4 测定步骤
• 2.2.5 结果表示
• 2.3 比表面积
• 2.3.1 范围
• 2.3.2 原理
• 2.3.3 仪器和辅助设备
• 2.3.4 测定
• 2.3.5 结果计算
• 2.4 振实密度
• 2.4.1 范围
• 2.4.2 原理
• 2.4.3 装置
• 2.4.4 测定步骤
• 2.4.5 结果计算
• 2.5 晶体结构
• 2.6 水含量
• 2.6.1 范围
• 2.6.2 实验方法
• 2.6.3 仪器、设备
• 2.6.4 分析步骤
• 2.6.5 结果计算
• 2O₄的化学成分分析方法研究'>第三章 LIMN₂O₄的化学成分分析方法研究
• 2O₄ 中MN 含量的测定'>3.1 LIMN₂O₄ 中MN 含量的测定
• 3.1.1 实验原理
• 3.1.2 实验试剂
• 3.1.3 实验步骤
• 3.1.3.1 乙二胺四乙酸二钠（EDTA）标准溶液的配置
• 3.1.3.2 Mn 含量测定的滴定方法
• 3.1.4 结果计算
• 3.1.4.1 EDTA 标准溶液浓度计算
• 2O₄ 样品中Mn 的含量'>3.1.4.2 LiMn₂O₄ 样品中Mn 的含量
• 2O₄ 中FE 含量的测定'>3.2 LIMN₂O₄ 中FE 含量的测定
• 3.2.1 实验仪器与主要试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.2.1 仪器工作条件
• 3.2.2.2 工作曲线
• 3.2.2.3 样品待测液的制备
• 3.2.2.4 上机测试
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.2.3.1 盐酸浓度的影响
• 3.2.3.2 基体的影响
• 3.2.3.3 样品回收率实验
• 3.2.3.4 精密度实验
• 3.2.4 结论
• 2O₄ 中NA 含量的测定'>3.3 LIMN₂O₄ 中NA 含量的测定
• 3.3.1 实验仪器与主要试剂
• 3.3.2 实验方法
• 3.3.2.1 仪器工作条件
• 3.3.2.2 工作曲线
• 3.3.2.3 样品待测液的制备
• 3.3.2.4 上机测试
• 3.3.3 结果与讨论
• 3.3.3.1 消电离剂CsCl 的影响
• 3.3.3.2 盐酸浓度的影响
• 3.3.3.3 基体的影响
• 3.3.3.4 检出限
• 3.3.3.5 样品回收率实验
• 3.3.3.6 精密度实验
• 3.3.4 结论
• 2O₄ 中CA、MG 含量的测定'>3.4 LIMN₂O₄ 中CA、MG 含量的测定
• 3.4.1 实验仪器与主要试剂
• 3.4.2 实验方法
• 3.4.2.1 仪器工作条件
• 3.4.2.2 Ca 和Mg 的工作溶液配制
• 3.4.2.3 样品待测液的制备
• 3.4.2.4 上机测试
• 3.4.3 结果与讨论
• 3.4.3.1 盐酸浓度的影响
• 3.4.3.2 基体的影响
• 3 的用量'>3.4.3.3 释放剂LaCl₃的用量
• 3.4.3.4 抗干扰实验
• 3.4.3.5 校准曲线及其钙镁检出限
• 3.4.3.6 准确度实验
• 3.4.3.7 精密度实验
• 3.4.4 结论
• 2O₄ 中CD、PB 含量的测定'>3.5 LIMN₂O₄ 中CD、PB 含量的测定
• 3.5.1 实验仪器与主要试剂
• 3.5.2 实验方法
• 3.5.2.1 测试Pb、Cd 元素仪器的工作条件
• 3.5.2.2 石墨炉升温程序
• 3.5.2.3 样品待测液的制备
• 3.5.2.4 上机测试
• 3.5.3 结果与讨论
• 3.5.3.1 石墨管类型的选择
• 3.5.3.2 硝酸浓度的影响与选择
• 3.5.3.3 基体改进剂的选择
• 3.5.3.4 Pb 和Cd 的灰化温度选择
• 3.5.3.5 Pb 和Cd 的原子化温度选择
• 3.5.3.6 线性回归方程及Pb、Cd 检出限
• 3.5.3.7 准确度实验
• 3.5.3.8 精密度实验
• 3.5.4 结论
• 第四章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文