[00796280]T型微反应器共沉淀法制备锂离子电池多孔MnO/C微球负极材料

T型微反应器共沉淀法是一种高效制备性能优良多孔MnO/C微球负极材料的新方法，关键是控制材料的球形多孔结构。 该项目属国家自然科学基金资助项目，其主要研究内容如下：(1)提出了一种快速合成大比表面积多孔MnO/C微球的新方法。MnCO₃前驱体在T形微通道反应器中制备仅需几秒钟。由于微通道反应器中混合效应的增强，煅烧产物MnO/C微球具有窄的尺寸分布和多孔结构。这些形貌和结构特征改善了MnO/C阳极的电化学性能。(2)开发了一种利用T型微通道反应器中高速流体-颗粒间作用力诱导快速组装制备了介孔MnO/C中空微管的工艺。在T型微通道反应器中，Mn²⁺与C₂O₄^2-在沉淀反应中生成前驱体MnC₂O₄·2H₂O颗粒，在3ms内由高速流体-颗粒间作用力诱导组装成MnC₂O₄·2H₂O空心微管，将前驱体MnC₂O₄·2H₂O中空微管/葡萄糖复合物在N₂下煅烧后制备了MnO纳米晶均匀分散在含丰富介孔的碳基体上的介孔MnO/C中空微管，具有良好的电化学性能、速率性能和循环稳定性。(3)研究了多孔MnO/C微球的形成过程，阐明T型微反应器的微观混合特性调控前驱体球形多孔结构的机制，揭示热处理过程中前驱体转化为多孔MnO/C微球的机制，获得前驱体的成核生长模型和热处理过程的多相反应动力学方程。借鉴传统多相反应建立动力学模型的思路，建立球形多孔结构形成过程的数学模型，定量描述制备工艺对其形成过程的影响。在此基础上，建立了T型微反应器共沉淀法制备多孔MnO/C微球的工艺、球形多孔结构和电化学性能之间的定量关系，提出在可操作的宏观工艺尺度设计和控制材料的球形多孔结构和电化学性能的方法。 在该项目实施期间发表论文10篇，授权专利1项，培养硕士生5名。项目的研究结果不仅可为该方法制备多孔MnO/C微球提供理论指导，促进其实际应用；而且也有助于进一步完善微反应器中多孔材料的合成理论，并为锂离子电池材料的制备和广西锰资源的有效利用提供新的思路。