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第1章 概述 1

1.1 引言 1

1.2 钛铁矿的研究及应用进展 2

1.2.1 钛铁矿的组成和资源分布 2

1.2.2 钛铁矿的常规利用途径 3

1.2.3 钛铁矿资源的综合利用 6

1.3 锂离子电池负极材料Li4Ti5O12的研究及应用进展 8

1.3.1 Li4Ti5O12的结构及电化学特性 8

1.3.2 Li4Ti5O12的合成方法及特点 9

1.3.3 Li4Ti5O12存在的问题及改性研究 11

1.3.4 Li4Ti5O12的应用进展 13

1.4 锂离子电池正极材料LiFePO4的研究及应用进展 13

1.4.1 LiFePO4的结构及电化学特性 14

1.4.2 LiFePO4的合成方法及特点 15

1.4.3 LiFePO4存在的问题及改性研究 17

1.4.4 LiFePO4的应用进展 20

1.5 研究目的和研究内容 21

第2章 钛铁矿中各元素定向分离的工艺及机理研究 24

2.1 引言 24

2.2 实验 25

2.2.1 实验原料 25

2.2.2 实验设备 25

2.2.3 实验流程 26

2.2.4 元素定量分析 27

2.2.5 物相及结构分析 28

2.2.6 形貌分析 28

2.2.7 表面成分分析 29

2.2.8 粒径分析 29

2.3 理论分析 29

2.3.1 热力学分析 29

2.3.2 Ti（Ⅵ）在氯盐溶液中的水解机理分析 34

2.3.3 机械活化机理的初步探讨 38

2.3.4 浸出工艺条件的初定 46

2.4 钛铁矿中各元素定向分离的工艺研究 46

2.4.1 初始盐酸浓度和浸出时间对元素分离的影响 46

2.4.2 反应温度对元素分离的影响 49

2.4.3 酸矿比对元素分离的影响 50

2.4.4 机械活化对元素分离的影响 51

2.5 小结 53

第3章 富钛渣定向净化制备特殊形貌的过氧钛化合物、TiO2及Li4Ti5O12的研究 54

3.1 引言 54

3.2 实验 55

3.2.1 实验原料 55

3.2.2 实验设备 56

3.2.3 实验流程 56

3.2.4 元素定量分析 56

3.2.5 物相及结构分析 57

3.2.6 形貌分析 57

3.2.7 表面成分分析 57

3.2.8 红外分析 57

3.2.9 TG-DTA分析 57

3.2.10 电化学测试 57

3.3 富钛渣配位浸出—定向净化的物理化学 57

3.3.1 理论依据 57

3.3.2 配位浸出—定向净化的工艺研究 59

3.3.3 最优条件下所得产物的物理化学表征 63

3.4 特殊形貌的过氧钛化合物和TiO2的制备与表征 68

3.4.1 针球状过氧钛化合物以及线状、棒状TiO2的制备与表征 68

3.4.2 片状过氧钛化合物的制备与表征 71

3.5 Li4Ti5O12的制备与电化学性能研究 72

3.5.1 制备原理 72

3.5.2 结构分析 73

3.5.3 形貌分析 74

3.5.4 电化学性能研究 75

3.6 小结 76

第4章 钛铁矿浸出液定向净化制备LiFePO4及其前驱体的研究 79

4.1 引言 79

4.2 实验 80

4.2.1 实验原料 80

4.2.2 实验设备 80

4.2.3 实验流程 80

4.2.4 元素定量分析 81

4.2.5 物相及结构分析 81

4.2.6 形貌分析 82

4.2.7 表面成分分析 82

4.2.8 微区结构及成分分析 82

4.2.9 TG-DTA分析 82

4.2.10 电化学测试 82

4.3 理论依据 82

4.4 探索实验 84

4.4.1 浸出液定向净化制备FePO4·2H2O的研究 84

4.4.2 从FePO4·2H2O制备LiFePO4的研究 88

4.5 浸出液选择性沉淀制备FePO4·2H2O的工艺优化 89

4.5.1 沉淀剂用量的优化 90

4.5.2 浸出液成分的优化 93

4.6 最优条件下制备的LiFePO4的结构及性能 97

4.6.1 结构分析 98

4.6.2 表面元素分析 100

4.6.3 微区结构、形貌及组元分布 101

4.6.4 电极动力学研究 101

4.6.5 电化学性能与文献的比较 105

4.7 小结 105

第5章 Ti、Al及Ti-Al掺杂LiFePO4的结构、性能及掺杂机理研究 107

5.1 引言 107

5.2 实验 108

5.2.1 实验原料 108

5.2.2 实验设备 108

5.2.3 实验流程 108

5.2.4 元素定量分析 109

5.2.5 物相及结构分析 110

5.2.6 形貌分析 110

5.2.7 表面成分分析 110

5.2.8 微区结构及成分分析 110

5.2.9 电化学测试 110

5.3 前驱体的表征 110

5.3.1 掺Ti前驱体 110

5.3.2 掺Al前驱体 111

5.3.3 掺Ti-Al前驱体 112

5.4 结构及掺杂机理研究 112

5.4.1 Li1-4xTixFePO4的结构及掺杂机理 113

5.4.2 LiFe1-3y/2AlyPO4的结构及掺杂机理 116

5.4.3 Li0.9 2+4zTi0.02-zFe1-3z/2AlzPO4的结构及掺杂机理 119

5.5 形貌分析 122

5.5.1 Li1-4xTixFePO4的形貌 122

5.5.2 LiFe1-3y/2AlyPO4的形貌 123

5.5.3 Li0.9 2+4zTi0.02-zFe1-3z/2AlzPO4的形貌 124

5.6 LiFePO4晶粒的微区结构、形貌及组元分布研究 125

5.6.1 Li0.9 2Ti0.02FePO4晶粒的微区研究 125

5.6.2 LiFe0.9 7A10.02PO4晶粒的微区研究 125

5.6.3 Li0.9 6Ti0.01Fe0.9 85Al0.01PO4晶粒的微区研究 126

5.7 电极动力学研究 128

5.7.1 Li1-4xTixFePO4电极的动力学研究 128

5.7.2 LiFe1-3y/2AlyPO4电极的动力学研究 132

5.7.3 Li0.9 2+4zTi0.02-zFe1-3z/2AlzPO4电极的动力学研究 135

5.8 电化学性能研究 138

5.8.1 Li1-4xTixFePO4的电化学性能 138

5.8.2 LiFe1-3y/2AlyPO4的电化学性能 140

5.8.3 Li0.9 2+4zTi0.02-zFe1-3z/2AlzPO4的电化学性能 142

5.9 小结 143

第6章 钛白副产硫酸亚铁定向净化制备LiFePO4及其前驱体的研究 145

6.1 引言 145

6.2 实验 146

6.2.1 实验原料 146

6.2.2 实验设备 146

6.2.3 实验流程 146

6.2.4 元素定量分析 147

6.2.5 物相及结构分析 147

6.2.6 形貌及元素分布 147

6.2.7 电化学测试 147

6.3 选择性沉淀制备FePO4·2H2O 147

6.3.1 元素分析 147

6.3.2 形貌与表面元素分析 148

6.4 多元金属掺杂LiFePO4的制备与表征 148

6.4.1 物相与结构研究 148

6.4.2 形貌与表面元素分析 149

6.4.3 电极动力学研究 151

6.4.4 电化学性能研究 152

6.5 小结 154

第7章 结论 155

参考文献 158