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如何通过水热反应制备正极材料?

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点击次数:231 更新时间:2023年03月20日00:07:08 打印此页 关闭

溶剂热法是在高温高压下在溶剂或蒸汽等流体中进行的化学反应的总称。以溶液为反应介质,在特制的密闭反应容器(高压釜)中加热容器,营造高温高压的反应环境,使通常不溶或难溶的物质溶解并重结晶。溶剂热法是湿化学法直接合成单晶的有效方法之一。它为前驱体的反应和结晶提供了常压条件下无法获得的特殊物理化学环境。其优点是:反应温度低,反应条件温和;成分可控,纯度高;无需球磨和煅烧。

锂离子正极材料溶剂热法

水热反应是水(水溶液)或蒸汽等流体在高温高压下发生的化学反应的总称。水热合成反应是在高温高压下进行的,因此对水热和溶剂热合成化学反应系统产生了特殊的技术要求,如耐高温、高压和化学腐蚀的反应器。水热合成化学侧重于研究物质在水热合成条件下的反应活性、合成规律以及合成产物的结构和性质。

水热反应的主要特征是液相反应。显然,不同的反应机理可能首先导致不同结构的形成。此外,即使生成相同的结构,由于初始生成机制的不同,如在液相条件下形成完美晶体等,合成材料中也可能引入不同的“基团”。我们已经知道,材料的微观结构和性能与材料的来源有关,因此不同的合成体系和方法可能会在最终材料中引入不同的“基团”。水热反应侧重于在溶剂热条件下制备、合成和组装特殊化合物和粉体材料。

水热合成是指将原始混合物在高压釜等密封系统中,以水为溶剂,在一定温度和水的自生压力下进行反应的合成方法。因为在高温高压水热条件下,它可以提供常压条件下无法获得的特殊物理化学环境,使前驱体充分溶解在反应体系中,达到一定的过饱和度,从而形成原子或分子生长元素,成核结晶生成粉末或纳米晶。水热法制备的粉体晶粒发育完整,粒度分布均匀,颗粒间团聚少,可以获得理想化学计量组成的材料。粒度可控,原料便宜,生产成本低。而且粉体无需煅烧,可直接用于加工成型,避免了煅烧过程中的团聚、晶粒长大和杂质易混入等问题。

水热法


与其他方法相比,水热晶体生长具有以下特点:①水热晶体是在较低的热应力条件下生长的,因此其位错密度远低于高温熔体生长的晶体;②水热晶体生长采用较低的温度,因此可以获得其他方法难以获得的低温异构体;③水热法晶体生长在密闭系统中进行,可以控制反应气氛,形成氧化或还原反应条件。实现其他难以获得物质的某些相的形成;④在水热反应体系中,溶液的对流速度快,溶质的扩散非常有效,

水热法是制备结晶性好、不团聚的正极材料粉体的主要方法之一。与其他湿化学法相比,水热法具有以下特点:①水热法无需高温烧结处理,可直接得到结晶良好的粉末,避免了粉末在烧结过程中可能形成的团聚;②粉末晶粒的物相和形貌与水热反应条件有关;③晶粒大小可调,水热法制备的粉末晶粒大小与反应条件(反应温度、反应时间、前驱体形成等)有关。④制备过程相对简单。

水热氧化是指以单质金属为前驱体,通过水热反应得到相应的金属氧化物粉末。

水热沉淀是以反应物的混合水溶液为前驱体,经水热处理反应得到粉末状产物。

水热结晶是指利用无定形前驱体经水热反应形成具有完整结晶性能的晶粒的过程。水热合成可以理解为以一元金属氧化物或盐类为前驱体,在水热条件下合成二元甚至多元化合物的反应。

水热法目前主要用于制备多晶薄膜,因为它不需要高温烧成处理来实现非晶态到晶态的转变。使用溶胶-凝胶等其他湿化学方法制备多晶薄膜需要一个烧制过程。在此过程中,很容易造成薄膜开裂、脱落等宏观缺陷。水热法制备多晶薄膜的技术有两种:一种是普通的水热反应,另一种是直流电场的水热技术,即目前应用较多的水热电化学法。主要的方法有很多,这里就不详细介绍了。

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