机械力化学的应用.pptx

机械力化学效应锂离子电池电极材料的制备非金141李敏敏 李鸿帅 杨栋林机械力化学效应在锂离子电池材料制备中的应用一.机械力化学概述二.锂离子电池三.锂离子电极材料的制备机械力化学效应在锂离子电池材料制备中的应用一.机械力化学概述二.锂离子电池三.锂离子电极材料的制备一一 机械力化学机械力化学概述：机械力化学（Mechanochemical Process,简称为MCP）和化学中的热化学、电化学、光化学、磁化学和放射化学等分支学科一样，是按诱发化学反应的能量性质来命名的。固体物质在各种机械力的作用下所诱发的化学变化和物理变化称为机械力化学效应。机械力化学合成法1 基本原理 机械化学合成法是通过高能球磨的作用使不同元素或其化合物相互作用，形成超细粉体的新方法。2 基本过程原料 形变、破裂 高能球磨机 平衡 超细粉末研磨介质 冷焊3 特点 （1）在机械化过程中引入大量的应变、缺陷，使得其发生不同于常规的固态反应 （2）它可以在原理平衡态的情况下发生转变，形成亚稳结构 （3）获得其他技术难以获得的特殊组织、结构 （4）扩大材料的性能范围且材料的组织、结构可控二、锂离子电池1、锂离子电池的组成2、锂离子电池的特点及市场需求锂离子电池由于具有比能量高、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等特点，成为世界各国电源材料研究开发的重点。3、小型锂离子电池的应用领域三、锂离子电池电极材料的制备 综述：锂离子电池材料的起始容量和放电循环性能受其合成条件的影响很大。制备方法与锂离子电池正极材料的存在状态，微观结构和宏观性能有着密切的联系，直接影响着电池的电性能。因此从整体上了解制备方法对正极材料电化学性能的影响及对锂离子电池综合性能的提高有着重要意义。1.电极材料的制备方法固相法水热法共沉淀法Sol-gel法机械力化学法在众多合成方法中，近年发展起来的机械化学合成法是一种很有特色的技术。2、机械化学法在正极材料中的研究进展 现已开发的正极材料主要有以下五大体系：Li-V-O、Li-Ti-O、Li-Co-O、Li-Ni-O、Li-Mn-O。目前制备锂离子正极材料的方法有很多种，下表列 出了机械化学法合成的不同体系正极材料的结构和电化学性能机械力化学法合成的不同体系正极材料的结构和电化学性能Jeong等用机械化学法以LiOHH2O和Co(OH)2为原料合成出具有良好电化学性能的LiCoO2粉体优点：操作简单、成本低、反应温度低、制备效率高，制备的粒子小、比表面积大缺点：颗粒分布不均匀，纯度较低此外，Obrovac等也用机械化学法值得了层状结构的LiMO2(M=Ti、Mn、Fe、Co、Ni)，研究表明，制备的材料具有更大的比表面积和更好的电化学活性。Franger等利用机械化学法能使反应物和产物的温度、粒度、晶型结构与成分均匀，从而在合成目标产物时所需的加热温度和加热时间大大减少。这样获得的产物纯度较高，结晶良好，粒度也相对较小，因此材料的比容量较高，电化学性能较好。此外，还有用包覆碳结合机械化学活化预处理制备LiFePO4的报道，该法可使得前驱体更均匀地和反应物混合，而且在烧结过程中还能阻止产物颗粒凝聚，能更好的控制产物的粒度，提高材料的电导率，从而提高材料的电池性能。宁波科博特钴镍有限公司制备的新型锂离子电池 将三元材料三元材料与钴酸锂钴酸锂混合，进行回火处理，可获得锂离子电池正极材料（钴酸锂采用纳米氢氧化镁纳米氢氧化镁 、纳米二氧化钛纳米二氧化钛添加剂来制备）。“三元材料”是指由三种化学成分（元素），组分（单质及化合物）或部分（零件）组成的材料整体，包括合金、无机非金属材料、有机材料、高分子复合材料等，广泛应用于矿物提取、金属冶炼、材料加工、新型能源等行业。优点：提高电池的比容量、循环性能和首次充放电效率 降低成本、改善电池安全性增加锂离子电池的稳定性 有效缓解锂离子电池容量衰减现象提高锂离子电池的电化学性能碳酸锂中间产物粗钴酸锂Co3O4纳米Mg(OH)2冷却、粉碎过筛钴酸锂（Mg、Ti）纳米TiO2钴酸锂的制备总结 随着机械化学法研究的深入，其应用已逐渐推广，这种新型的固态合金化方法正在锂离子电池电极材料的开发中显示出独特的作用。机械化学法与适当的成型技术结合是开发新型锂离子电池材料的重要途径。加强用机械化学法制备锂离子电池电极材料的研究，以指导新工艺、新材料的开发研究，从分子水平上设计出来的各种规整结构或掺杂复合结构的电极材料将有力地推动锂离子电池的研究和应用。锂离子电池是继铅酸电池之后的动力电池的首选。请批评指教