1、开放性实验开题报告 题目：锂离子电池与电极研究应用现状 学院：石油化工学院 专业班级：化学工程与工艺（1）班 姓名：颜东军 学号;11160121 指导老师：李世友 镍锰酸锂电池的合成 成员：颜东军，封啸，王义，張斯琦 一：研究背景： 镍锰酸锂项目可行性研究报告主要从行业市场 背景、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、人力 定员、环境影响、资金筹措、财务能力等方面进行充分的 论证和可行性研究，从技术、经济、工程等方面进行调查 研究和分析比较，并对项目建成以后可能取得的财务、经 济效益及社会环境影响进行预测，从而提出该项目是否值 得投资和如何进行建设的咨询意见，为项目决策提供依据 的一种综合
2、性的系统分析方法。锰酸锂资源丰富、价格低 廉、热稳定性较好，但高温性能和循环稳定性较差，要应 用于动力电池还有待改进，而对比容量大，高温性能好、 循环性能稳定，对环境友好，热稳定性最佳的高性能锰酸 锂，是最理想的锂离子动力电池的正极材料，也是当前全 世界大力推广的正极材料。目前，全世界各国政府及企业 正投入巨资对动力电池关键材料开展全方位的研究开发 二：基本概况： 镍锰酸锂电池主要为尖晶石镍锰酸锂电池，化学式 可表示为 LiNi0.5Mn1.5O4 ，与另一种也称作镍锰酸锂的二 元层状结构化合物（化学式LiNi0.5Mn0.5O2 ）是两种结构 体系的锂离子电池正极材料。 尖晶石型镍锰酸锂在尖
3、晶石锰酸锂基础上发展起来的， 与锰酸锂一样是具有三维锂离子通道的正极材料，可逆容 量为 146.7mAh/g ，与锰酸锂的差不多，但电压平台为4.7V 左右，比锰酸锂的4V 电压平台要高出 15%以上，且高温 下的循环稳定性也比原有的锰酸锂有了质的提升。 基于对原有尖晶石型锰酸锂性能的改善和提高方面的努 力，通过适当的元素掺杂将能使材料在保持尖晶石锰酸锂 基本框架结构和电化学性能优势的基础上改变锂离子的脱 嵌/嵌入电位，得到一种比容量与锰酸锂相同，但电压平台 比锰酸锂高 15%以上的 5V 级锂离子正极材料 尖晶石 镍锰酸锂；更重要的是，这种元素调整上的变化从根本上 改变了材料的内在电子轨道重
4、叠情况和表面性质，使得循 环性能大幅提高，已有的实验数据表明，未经任何优化的 尖晶石镍锰酸锂（ LiNi0.5Mn1.5O4 ）在 2C 倍率下循环 2000 次后还有 90%的容量保持率。在所有的正极材料中， 也只有橄榄石系的磷酸亚铁锂能在循环寿命方面很好. 通过 对生产设备、工艺路线及工艺技术参数的集成优化，对原 材料进行深化多元掺杂及对其进行精加工处理，精确技术 参数控制，表面包覆技术的应用，从而保持材料在制备过 程中物理形态、电化学性能的高致性；提高生产合格率， 有效降低成本，提高能源应用效率，降低能耗，提高锰酸 锂电池正极材料循环性能、耐高温性能，以获得高性能锰 酸锂动力电池正极材料
5、制备技术 三：实验合成原料及仪器： 锰化合物、镍化合物及锰酸锂和氢氧化锂，水 烧杯，烘箱，研钵，恒温箱，压块机，滴定管 四：合成原理： 镍锰酸锂的制备方法主要采用高温固相合成法，共沉 淀法。所谓高温固相合成法就是固相反应法是把金属镍， 锰酸盐或金属氧化物按配方充分混合，经研磨后在加入锂 源再进行煅烧发生固相反应后，直接得到或再研磨后得到 超细粉。 五：合成步骤： 在去离子水体系中，按摩尔比11.2：1 称取锂源和 三氧化二锰，控制固液比例在1:0.51 及物料与研磨的镍 正盐的比例在 510:1，进行研磨细化；在研磨细化后的浆 料中，添加去离子水调节研磨后溶液的固液比在 0.10.5：1，设定
6、喷雾干燥机进风口温度为100300， 出风口温度为 80200，进行喷雾干燥；将喷雾干燥料 压实后，在 N2 气体，以 110/min 的升温速率升至 500800，保温 515h，冷却后制得层状镍锰酸锂正极 材料。 目前主要采用锰化合物、镍化合物及锰酸锂和氢氧 化锂作为原料，通过水热反应，得到锂、锰、镍结合良好 的前提，再对前提补充配入锂源并研磨得到前躯体，经过 煅烧制备得到镍锰酸锂。其主要特点是：将废旧锂离子电 池经过拆解、分选、粉碎、筛分等预处理后，再采用高温 除粘结剂、氢氧化钠除铝等工艺，采用硫酸和双氧水体系 浸出、 P204 萃取除杂，得纯净的镍、锰溶液，配入适当的 硫酸锰、硫酸镍，
7、调节镍、锰元素的摩尔比近似为0.2:1； 随后采用碳酸铵调节PH 值，形成镍钴锰碳酸盐前躯体，接 着配入适当碳酸锂，高温烧结合成镍锰酸锂。 六：应用前景： 为了开发出性能更优异的品种，人们 对各种材料进行了研究。从而制造出前所未有的产品。比 如，锂二氧化硫电池和锂亚硫酰氯电池就非常有特点。它 们的正极活性物质同时也是电解液的溶剂。这种结构只有 在非水溶液的电化学体系才会出现。所以，锂电池的研究， 也促进了非水体系电化学理论的发展。除了使用各种非水 溶剂外，人们还进行了聚合物薄膜电池的研究。 锂电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储 能电源系统，邮电通讯的不间断电源，以及电动工具、电 动
8、自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天 等多个领域。锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式 电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。目 前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预 计将成为 21 世纪电动汽车的主要动力电源之一，并将在人 造卫星、航空航天和储能方面得到应用。随着能源的紧缺 和世界的环保方面的压力。锂电现在被广泛应用于电动车 行业，特别是磷酸铁锂材料电池的出现，更推动了锂电池 产业的发展和应用。 “超级” 锂电池：刚研发出来的超级锂电池能在短时间迅速 充电完成，例如手机充电一般20 秒，这种电池有可能加大 电池未来的使用领域，例如使用在电动汽车上，使中途
9、充 电如加油一般方便。 参考文献： 伊廷锋 ,岳彩波 ,何孝军 ,诸荣孙 ,胡信国 . LiNi 0.5Mn1.5O4 材 料合成及性能的研究综述J. 电池工业 . 2008(04) 颜群轩 ;王志兴 ;吴晶;李新海 ;谭群英 ;LiNi_(0.5)Mn_(1.5) O_4 高电压正极材料的制备及性能研究J;功能材料 ;2009 年 06 期 王雪;方谋;尚玉明 ;王要武 ;陈敬波 ;孟永强 ;锂离子电池 用硅负极材料的改性 J;化工进展 ;2012 年 S1期 代冬梅 ;前躯体的处理对锂离子电池正极材料 LiNi_ （0.5）Mn_（1.5）O_4 电性能的影响 D;河南师范大 学;2010年 胡晨; 刘韩星 ;甘小燕 ;欧阳世翕 ;锂离子电池正极材料锂镍复合 氧化物的合成及性能研究A; 第五届中国功能材料及其应用 学术会议论文集 C;2004 年
