以废旧锂离子电池正极活性物质为前驱体制备NTC材料

摘要

本实验以废旧锂离子电池正极活性物质为前驱体，制备以MnCo<,2>O<,4>为主晶相的NTC热敏材料。通过正交试验，以草酸盐沉淀物中钴锰摩尔比为考察目标，将硫酸盐溶液浓度、反应pH值、水浴温度、草酸与钴、锰离子摩尔比作为四个参量，研究确定了草酸共沉淀法制备MnCo<,2>O<,4>前驱体粉末的最佳工艺条件。得到的参量值如下：硫酸盐溶液浓度为0.6mol/L，反应pH值为7.0，水浴温度为50℃，草酸与钴、锰离子摩尔比为2.5：1。 通过扫描电镜观测800℃煅烧得到的粉体平均粒径在微米级，颗粒形状接近球形。800℃煅烧、1200℃烧结样品经XRlD分析，主晶相为MnCo<,2>O<,4>，立方全反尖晶石结构，晶格参数a=8.2880。存在第二相(Co，Mn)(Co，Mn)<,2>O<,4>，四方结构。讨论了热处理和烧结工艺对样品电学性能的影响。 采用SEM，XRD等测试手段分析研究了掺杂系统相组成、结构与电学性能之间的关系。详细讨论了锂离子掺杂对尖晶石型钴酸锰性能的影响，探讨了半导体载流子导电机理。微量锂掺杂，Li<'+>取代Co<'2+>，形成空穴载流子导电，电导激活能减小，使得室温电阻率和B值减小；锂掺杂量增大，锂在晶粒间界偏析，使P型导电过程受阻，电导激活能升高，导致室温电阻率和B值增大；锂掺杂量进一步增大，产生新相LiMn<,2>O<,4>。形貌分析和密度测量表明锂的存在，降低了烧成的样品密度。2@ 讨论了铝离子掺杂对尖晶石型钴酸锰性能的影响，少量铝掺杂，导致系统室温电阻率和材料常数B值增大，但不改变钴酸锰的负温度系数电阻温度特性。铝掺杂量达到5mol﹪，钴酸锰系统中产生新相MnAl<,2>O<,4>。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1废旧锂离子电池的回收

1.2NTC热敏材料概述

1.3相关理论基础

1.3.1尖晶石晶体结构

1.3.2极化子理论和极化子跳跃模型

1.3.3电导率和B值的条件控制因素

1.4问题的提出与设想

1.4.1问题提出

1.4.2实验设想

第二章实验方案设计与研究方法

2.1原料与试剂规格

2.2溶液中钴、锂、锰、铝离子定量分析

2.3正交实验设计

2.4试验工艺流程

2.4.1锂离子电池正极废料的回收

2.4.2草酸共沉淀法制备MnCo2O4

2.4.3草酸沉淀法制备Co3O4粉体

2.4.4草酸共沉淀法制备铝掺杂MnCo2O4

2.4.5固相法制备MnCo2O4

2.5样品测试

2.5.1差热分析

2.5.2X射线衍射分析

2.5.3微观形貌分析

2.5.4成分分析

2.5.5测试电性能

2.5.6数据处理及公式

第三章结果与讨论

3.1草酸共沉淀法制备MnCo2O4

3.1.1共沉淀实验结果与讨论：

3.1.2各种因素对前驱体粉体的影响

3.1.3前驱体差热-失重分析

3.1.4粉体的相组成分析与形貌分析

3.1.5瓷体的相组成分析与形貌分析

3.1.6阻温特性分析

3.2草酸共沉淀硫酸浸出液制备MnCo2O4

3.2.1相组成分析

3.2.2形貌分析

3.2.3阻温特性分析

3.3草酸沉淀法制备Co3O4粉体

3.4固相法合成锂掺杂的MnCo2O4陶瓷

3.4.1形貌分析

3.4.2相组成分析

3.4.3阻温特性分析及导电机理分析

3.5Al掺杂MnCo2O4陶瓷

3.5.1相组成分析

3.5.2表面形貌分析：

3.5.3阻温特性分析

第四章结论

参考文献

发表论文及科研情况说明

致谢