摘 要

随着电子产品的普及，人们对电池的性能要求越来越高，为了满足生活及生产需求，人们对于电池的开发和性能优化研究从未停止。日常生活中，应用得最广泛的莫过于锂离子电池。锂离子电池是一种二次电池，也称为充电电池，它依靠其循环性能好、电压高、能量密度大、自放电小、环境污染少、无记忆效应等特点得到广泛的应用。作为决定锂离子电池性能至关重要的因素之一，开发研究正极材料是当前改善锂离子电池性能的有效途径所在，而在锂离子电池的合成过程中，其成本最高的部分非正极材料莫属。本文从锂离子电池正极材料钴酸锂的制备过程入手，研究它在合成过程中对耐火材料氧化物的侵蚀机理，以达到改善其性能，降低其成本的目的。

本文从钴酸锂的合成入手，对不同的原材料做分析，同时分析反应产物的物相，并且设计实验探究不同的温度条件下正极原料对耐火材料氧化物的侵蚀影响，并相应地改变保温时间，研究保温时间对侵蚀的影响。

通过实验取得了一定研究成果：1、碳酸锂是侵蚀的主要因素，与氧化硅、氧化铝反应生成正硅酸锂、偏硅酸锂、铝酸锂。2、碳酸锂与氧化镁反应形成固溶体。3、温度是影响碳酸锂与氧化物反应的影响因素。4、设计了抗侵蚀工艺，选取MgO作为耐火材料表面工作层，提高了匣钵使用寿命。

关键词：钴酸锂 耐高温氧化物 侵蚀机理

Abstract

The request of battery property increases since the popularization of electronics. To satisfy the requirements in daily life and manufacture, researches for optimizing battery performance never cease. Lithium battery is most popular in daily life. It is a secondary cell battery, also known as storage battery, which is popular by its good cycle performance, high voltage, high energy density, low self-discharge, low pollution and no memory effect. Anode material is a vital element of battery property, the research of anode material is an effective way to improve the quality of lithium battery. In the composition of lithium battery, anode material is also the most costly item. Our research was concentrate on the erosion of oxydic fireproofing in lithium cobalt oxides synthesis, which is one of the anode material of lithium battery. Finally we would improve the property and decrease the cost.

We started with the synthesis of lithium cobalt oxides, analyzed several raw materials and their products phase to summarize the erosion in different temperatures and different products. Then we changed the duration of heat preservation to study the effects on erosion.

We found that: 1. Lithium carbonate is the main reason of erosion, it turns lithium orthosilicate, lithium metasilicate and lithium aluminate when reacts with silicon oxide and aluminium oxide. 2. It produces solid solution when lithium carbonate reacts with magnesium oxide. 3. Temperature can affect the reaction of lithium carbonate and oxides. 4. We can increase the service life of the sagger when we choose magnesium oxide as the surface of the fireproofing with a technology of anti-erosion.

Key words: lithium cobalt oxides, oxydic fireproofing, erosion

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究的目的和意义 2

1.2.1 研究目的 2

1.2.2 研究意义 2

1.3 耐火材料概述 3

1.3.1 耐火材料概念 3

1.3.2 耐火材料组成 3

1.3.3 耐火材料性能 4

1.3.4 耐火材料分类 4

1.3.5 目前合成钴酸锂常用耐火材料 4

1.4 合成钴酸锂对耐火材料的侵蚀现状 5

1.4.1 工业生产中对耐火材料的侵蚀现状 5

1.4.2 熔渣对耐火材料的侵蚀研究现状 6

1.4 本文主要研究内容 7

1.4.1 研究综述 7

1.4.2 研究方案 7

1.5小结 8

第2章 钴酸锂的合成实验 9

2.1 钴酸锂概念 9

2.2 钴酸锂的合成方法 9

2.2.1 高温固相合成 9

2.2.2 低温固相合成 10

2.2.3 钴酸锂的一次烧成和二次烧成 10

2.3 实验所用测试方法 10

2.3.1 差热分析 10

2.3.2 XRD分析 11

2.4 实验原料和器材 12

2.4.1 实验原料 12

2.4.2 实验器材 12

2.5 实验方法和步骤 12

2.5.1 钴酸锂合成实验 12

2.5.2 碳酸锂侵蚀氧化物实验 13

第3章 影响碳酸锂对耐火材料氧化物侵蚀的因素探讨 15

3.1 碳酸锂与耐火材料的差热分析 15

3.1.1 碳酸锂与氧化铝的差热分析 15

3.1.2 碳酸锂与氧化硅的差热分析 16

3.1.3 碳酸锂与氧化镁的差热分析 17

3.2 反应温度对碳酸锂侵蚀氧化物效果的影响 17

3.2.1 反应温度对碳酸锂侵蚀氧化铝的影响 17

3.1.2 反应温度对碳酸锂侵蚀氧化硅的影响 18

3.1.3 反应温度对Mg_xLi_yO固溶体的影响 19

3.2 反应时间对碳酸锂侵蚀氧化物效果的影响 21

3.1.1 保温时间对碳酸锂侵蚀氧化铝的影响 21

3.1.2 保温时间对碳酸锂侵蚀氧化硅的影响 21

3.3 本章小结 22

第4章 抗腐蚀工艺设计 23

4.1 影响耐火材料抗侵蚀的因素 23

4.2 工艺设计 23

4.3 抗腐蚀性能评价 24

第5章 结论及展望 25

5.1 结论 25

5.2 展望 25

参考文献 26

致谢 27

第1章 绪论

1.1 研究背景

锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，它是一种二次电池，也可以称之为充电电池 ^[1]。现在，人们的生活几乎已经没办法离开电子产品了，而今电子产品市场竞争越来越激烈。其产品越发地小型化，低廉化。近年来，它不仅在电子设备、电动汽车等日常生活领域扮演着越来越重要的角色，在航海、航天、航空甚至军事等高科技领域也有着举足轻重的地位，成为了电池中的佼佼者。