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第1章 概述 1

1.1 引言 1

1.2 镍资源概况及利用现状 1

1.3 红土镍矿提取工艺 2

1.3.1 红土镍矿的火法处理工艺 2

1.3.2 红土镍矿的湿法处理工艺 3

1.3.3 其他处理方法 5

1.4 红土镍矿净化工艺 5

1.4.1 红土镍矿中铁的分离工艺 5

1.4.2 红土镍矿中其他元素的分离工艺 7

1.5 锂离子电池的发展及工作原理 8

1.5.1 锂离子电池的发展简史 8

1.5.2 锂离子电池的工作原理 8

1.6 锂离子电池正极材料研究进展 9

1.6.1 锂钴氧系正极材料 10

1.6.2 锂镍氧系正极材料 11

1.6.3 锂锰氧系正极材料 12

1.6.4 三元复合正极材料LiNi1-x-yCoxMnyO2 12

1.6.5 橄榄石型正极材料 17

1.7 红土镍矿多元材料冶金 20

第2章 红土镍矿磷酸除铁及富集Ni、Co、Mn的研究 22

2.1 引言 22

2.2 实验 22

2.2.1 实验原料 22

2.2.2 实验设备 24

2.2.3 实验方法 24

2.2.4 分析与检测 26

2.3 红土镍矿磷酸除铁的研究 28

2.3.1 酸矿比对红土镍矿浸出率的影响 28

2.3.2 溶度积计算和分析 29

2.3.3 酸矿比对沉淀过程元素分布的作用规律 31

2.3.4 pH对沉淀过程元素分布的作用规律 32

2.3.5 沉淀剂量对沉淀过程元素分布的作用规律 34

2.3.6 氧化剂量对沉淀过程元素分布的作用规律 35

2.4 硫化沉淀富集Ni、Co、Mn的研究 36

2.4.1 溶度积计算和分析 37

2.4.2 Ni、Co、Mn净化液的制备 39

2.4.3 控制pH对沉淀过程主元富集的影响 40

2.4.4 溶液的初始pH对沉淀过程元素富集率的影响 42

2.4.5 硫化剂量对沉淀过程元素富集率的影响 43

2.4.6 反应时间对沉淀过程元素富集率的影响 45

2.4.7 反应温度对沉淀过程元素富集率的影响 46

2.5 本章小结 47

第3章 红土镍矿制备多金属共掺杂LiFePO4的研究 49

3.1 引言 49

3.2 实验 50

3.2.1 实验原料 50

3.2.2 实验设备 50

3.2.3 LiFePO4的合成 51

3.2.4 元素分析 51

3.2.5 材料物理性能的表征 51

3.2.6 电化学性能测试 52

3.3 结果与讨论 53

3.3.1 焙烧条件的确定 53

3.3. 元素组成分析 54

3.3.3 SEM与EDS分析 54

3.3.4 TEM与元素分布 55

3.3.5 晶体结构与原子占位 58

3.3.6 电化学性能测试 62

3.3.7 交流阻抗分析 65

3.3.8 循环伏安分析 68

3.4 本章小结 68

第4章 快速沉淀—热处理法制备LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的研究 69

4.1 引言 69

4.2 实验 70

4.2.1 实验原料 70

4.2.2 实验设备 70

4.2.3 快速沉淀—热处理法制备LiNi0.8Co.01Mn0.1O2 71

4.2.4 元素分析 71

4.2.5 材料物理性能的表征 71

4.2.6 电化学性能测试 71

4.3 超快反应时间对Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2及LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的影响 71

4.3.1 Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2的晶体结构 72

4.3.2 Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2的表面形貌 72

4.3.3 Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2的TEM及电子衍射分析 74

4.3.4 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的晶体结构与原子占位 75

4.3.5 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的表面形貌 77

4.3.6 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的电化学性能 78

4.3.7 循环伏安分析 81

4.4 快速沉淀—热处理法制备LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的优化 81

4.4.1 反应pH对Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2及LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的影响 81

4.4.2 焙烧温度对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的影响 87

4.4.3 掺锂量对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的影响 91

4.5 本章小结 95

第5章 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2掺杂改性与机理研究 97

5.1 引言 97

5.2 实验 98

5.2.1 实验原料 98

5.2.2 实验设备 98

5.2.3 快速沉淀—热处理法制备M掺杂LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 99

5.2.4 材料物理性能的表征 99

5.2.5 电化学性能测试 100

5.3 Fe、Ca、Mg、Al单掺杂LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的研究 100

5.3.1 LiNi0.8Co0.1-xMn0.1FexO2样品的结构与性能 100

5.3.2 LiNi0.8-xCo0.1Mn0.1CaxO2样品的结构与性能 104

5.3.3 LiNi0.8-xCo0.1Mn0.1MgxO2样品的结构与性能 107

5.3.4 LiNi0.8-xCo0.1Mn0.1AlxO2样品的结构与性能 111

5.4 LiNi0.8-xCo0.1 Mn0.1CrxO2的掺杂机理与性能研究 114

5.4.1 LiNi0.8-xCo0.1Mn0.1CrxO2的元素组成与形貌 115

5.4.2 TEM和EDS分析 116

5.4.3 LiNi0.8-xCo0.1Mn0.1CrxO2的晶体结构与原子占位 116

5.4.4 LiNi0.8-xCo0.1Mn0.1CrxO2样品中Ni、Mn、Cr的离子状态 119

5.4.5 离子状态对元素分布及晶体结构的影响规律 127

5.4.6 电化学性能与晶体结构及离子状态的相互关系 129

5.4.7 循环伏安及交流阻抗分析 132

5.5 Cr、Mg共掺杂LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的研究 136

5.5.1 LiNi0.78Co0.1Mn0.1CrxMgyO2的晶体结构 136

5.5.2 LiNi0.78Co0.1Mn0.1CrxMgyO2的表面形貌 138

5.5.3 LiNi0.78Co0.1Mn0.1CrxMgyO2的电化学性能 138

5.6 本章小结 142

第6章 红土镍精矿制备多金属共掺杂LiNi0.8Co0.1Mn0.1 O2的研究 145

6.1 引言 145

6.2 实验 145

6.2.1 实验原料 145

6.2.2 实验设备 147

6.2.3 实验方法 148

6.2.4 元素分析 149

6.2.5 材料物理性能的表征 149

6.2.6 电化学性能测试 149

6.3 红土镍精矿常温浸出工艺试验研究 150

6.3.1 酸矿比对红土镍精矿浸出率的影响 150

6.3.2 浸出时间对红土镍精矿浸出率的影响 151

6.3.3 液固比对红土镍精矿浸出率的影响 152

6.3.4 浸出渣的矿相 153

6.3.5 红土镍精矿和浸出渣EDS分析 153

6.4 红土镍精矿浸出液定向除铁的研究 154

6.4.1 溶度积计算和分析 154

6.4.2 除铁过程元素分布规律 155

6.5 红土镍精矿净化液的制备 156

6.5.1 溶度积计算和分析 156

6.5.2 氟化剂量对沉淀过程除杂效果的影响 158

6.5.3 pH对沉淀过程除杂效果的影响 159

6.5.4 反应时间对沉淀过程除杂效果的影响 160

6.5.5 反应温度对沉淀过程除杂效果的影响 161

6.6 精矿净化液合成多金属共掺杂LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的研究 162

6.6.1 元素分析 162

6.6.2 SEM和EDS分析 163

6.6.3 TEM与元素分布 164

6.6.4 晶体结构与原子占位 165

6.6.5 矿样中Ni、Mn、Cr的离子状态 168

6.6.6 电化学性能与循环伏安分析 173

6.7 本章小结 176

第7章 结论 178

参考文献 181