高温固相法制备钛酸锂的反应机制研究

发布时间：2017-12-25 12:31

本文关键词：高温固相法制备钛酸锂的反应机制研究　出处：《北京有色金属研究总院》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：尖晶石型钛酸锂以其较高的安全性,长寿命性,高功率型,而在动力锂离子电池和储能锂离子电池负极材料领域有很好的研究价值和商业应用性。高温固相法制备钛酸锂,使用纳米级锐钛矿或金红石型二氧化钛与性质稳定、安全、价格便宜的碳酸锂,通过机械球磨,得到微米或纳米级的产物,能有效提高材料电化学性能。论文通过改变原料配比,煅烧制备得到中间相偏钛酸锂,二次煅烧得到颗粒粒径约270nm的单相钛酸锂。制备过程中固/固相反应的特点,反应物之间是否发生反应,反应进行的程度,反应的控制步骤,直接影响产物的结构与性能。对制备过程的反应机理研究具有重要意义。通过等温/变温实验研究,采用HTXRD表征反应过程中物相变化,TG-DTA热分析检测技术分析反应过程机理模型,SEM分析产物形貌粒径变化,XRD分析产物物相组成及结晶性,对高温固相法制备钛酸锂的反应机制进行分析。以Li2CO3和TiO2为原料高温固相法一步煅烧制备Li2TiO3,并对反应过程进行了分析。通过TG-DTA对制备单斜晶系Li2TiO3的前驱体进行热分析,以5/10/15/20/25K/min五种不同升温速率分析变温反应的动力学过程,结果表明反应的动力学过程在450℃时符合杨德方程球形模型的三位扩散机制。分别通过FWO法与FRL法计算得到了相近的反应活化能E与反应频度因子A平均值。通过制备Li2Ti03的等温热重实验研究表明,不同恒温温度的反应动力学曲线规律相似,600℃恒温120min反应较完全,等温反应过程主要受扩散反应的步骤控制。对制备钛酸锂的过程进行等温反应实验研究,K值法半定量分析,恒温煅烧制备钛酸锂的全反应过程拟合结果符合三维扩散(Jander)与(Ginstling and Brounshtein)反应动力学模型,恒温反应温度对于反应进程的影响显著,温度越高,反应越快。通过对晶粒粒径的统计分析,钛酸锂在恒温过程中的晶粒生长表现出一定的规律,不同恒温时间晶粒生长的激活能E值计算结果在135～145kJ·mol-1之间,晶粒生长的动力学指数平均值n=5.74612,结合不同n值的线性拟合结果分析推测恒温过程中钛酸锂晶粒生长的动力学模型符合Brook晶粒生长模型的六次方方程。
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912

【参考文献】