噴霧熱分解法によるリチウム複合酸化物微粒子の組成および形態の制御

喷雾热解法控制锂复合氧化物微粒的组成和形貌

基本信息

批准号：
11650774
负责人：
谷口泉
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、次世代のリチウムイオン二次電池正極材料として最近特に注目されているマンガン酸リチウム(LiMn_2O_4)を例にとり、噴霧熱分解法による微粒子の組成および形態の制御法を確立することを最終目的とし、温度分布を任意に設定できる6段の電気炉を用いてマンガン酸リチウム微粒子の製造実験を昨年に引き続いて行った。さらに、合成した粉体の電気化学的特性を調べるために、二極式セルを用いた充放電試験を行った。また、反応炉に流入する微小液滴からの溶媒の蒸発・粒子化のプロセスを明らかにするため、液滴界面における物質収支式、熱収支式および液滴内部の一次元拡散方程式を連立させて解き、操作条件と粒子形態の関係について検討を行った。反応炉の温度を800℃の均一に設定した場合、得られた微粒子の形態は収縮したものや、破裂したもの、中空の球状になったものなど様々であった。これに対して、軸方向に入口から200℃-200℃-400℃-600℃-800℃-800℃のごとく温度を設定した場合、得られる粒子は総て収縮した形態を示した。これらの合成された粉体を正極活物質として、負極にリチウム金属を用いたリチウムイオン二次電池を製作し、充放電サイクル試験を行ったところ、温度勾配を設定して合成した粒子の方がサイクル特性に優れていた。さらに、反応炉における微小液滴からの溶媒の蒸発・粒子化の数値シミュレーションを、主流の温度、初期滴径、初期溶質濃度および湿度を変化させて行ったところ、粒子形態は主流の温度により大きく影響を受けることが明らかとなった。

本研究以最近作为下一代锂离子二次电池正极材料受到特别关注的锰酸锂（LiMn_2O_4）为例，旨在建立一种利用喷雾热解控制细颗粒成分和形貌的方法。继去年之后，我们进行了使用可任意设定温度分布的六段电炉来生产锰酸锂微粒的实验。此外，为了研究合成粉末的电化学性能，我们使用双极电池进行了充电/放电测试。此外，为了阐明流入反应器的微滴中溶剂蒸发和颗粒形成的过程，我们在液滴界面处同时结合了液滴内部的质量平衡方程、热平衡方程和一维扩散方程我们解决了这个问题并研究了操作条件和颗粒形态之间的关系。当反应器的温度设定在800℃的均匀温度时，所得微粒的形态发生变化，包括收缩的、破裂的和变成空心球的。另一方面，当温度从入口沿轴向设定为200℃ - 200℃ - 400℃ - 600℃ - 800℃ - 800℃时，所得颗粒均呈现收缩形态。。当我们使用这些合成粉末作为正极活性材料并使用锂金属作为负极来制造锂离子二次电池并进行充电/放电循环测试时，我们发现通过设置温度梯度合成的颗粒效果更好。具有优良的循环特性。此外，我们通过改变温度、初始液滴尺寸、初始溶质浓度和主流湿度，对反应器中微滴溶剂的蒸发和颗粒化进行了数值模拟，发现颗粒形貌受反应器温度的显着影响。很明显，它会受到影响。