接著新相B核的成長。通常,熱分解例如:三元材料合成反應(yīng)過程中首先發(fā)生兩個(gè)熱分解反應(yīng)。鋰鹽的熱分解和三元前驅(qū)體(氫氧化物或碳酸鹽)的分解。鋰鹽包括碳酸鋰和氫氧化鋰。從室溫至150℃發(fā)生LiOH.H:O脫去結(jié)晶水的反應(yīng):LiOH' H20cs)——+LiOH(s)+H20(g)LiOH的熔化溫度在470℃左右,沸點(diǎn)925℃,1625℃完全分解。
但是在過渡金屬氧化物存在的情況下,由于過渡金屬離子的催化作用,使其在500℃左右開始后分解,反應(yīng):2LiOH(。)——-.Li20+H,0L12CO,分解,Li2C03的分解溫度在1310℃,但是在過渡金屬氧化物存在的情況下,由于過渡金屬離子的催化作用,使其在500℃左右開始后分解,發(fā)生下面的反應(yīng):Li2C03——一L120+C02三元前驅(qū)體的分解成氧化物(250~400℃):M(OH)2(s)——叫MO(s)+H20(g)(a)和(b)分別給出了用LiOH.H20祁L12C03作鋰鹽與NCM(OH)2(523)混合后的熱分析曲線,可以看出三元前驅(qū)體的分解均發(fā)生在250~400℃之間。
LiOH-H20作鋰鹽與NCM(OH),(523)混合后的熱分析曲線溫度/℃(b) Li2CO,作鋰鹽與NCM(OH):(523)混合后的熱分析曲線NCM 523熱分析曲線高溫下使用兩種以上金屬氧化物或鹽類的混合物發(fā)生反應(yīng)而制備粉體的方法,可以分為兩種類型:Ar。)+Bc。)一C(。)Acs)+Bc。)一C(。)+D(曲固相化學(xué)反應(yīng)時(shí),在A(。)和B(。)的接觸面開始反應(yīng),反應(yīng)靠生成物C(。)中離子擴(kuò)散進(jìn)行。通常,固相中的離子擴(kuò)散速率較慢,所以需要在高溫下長時(shí)間的焙燒。三元材料高溫制備過程中固相化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在450~8000C之間。
450 0C之后鋰鹽分解成氧化物Li:0,共沉淀的三元前驅(qū)體也分解成氧化物MO,4500C以后發(fā)生如下反應(yīng):0.5Li20+M0+0.2502——,LiM02由于反應(yīng)需要一定的0:,所以反應(yīng)過程中有必要通入一定壓力的氧氣。在一定的高溫條件下Li:0與MO的晶粒界面發(fā)生反應(yīng),生成層狀化合物LiM02,這種反應(yīng)的第一階段是在晶粒界面或界面鄰近的反應(yīng)物晶格中生成LiMO:
晶核,實(shí)現(xiàn)這步是相當(dāng)困難的,因?yàn)樯傻木Ш伺c反應(yīng)物結(jié)構(gòu)不同。因此成核反應(yīng)需要通過反應(yīng)物界面結(jié)構(gòu)的重新排列,其中包括結(jié)構(gòu)中陰、陽離子鍵的斷裂和重新結(jié)合。Li:O晶格中的Li+從Li20晶格中脫出,擴(kuò)散進(jìn)入MO晶格中的氧八面體的八面體空位。高溫下有利于晶核的生成。決定這個(gè)反應(yīng)的控制步驟應(yīng)該是Li+和M2+在晶格中的擴(kuò)散。
高溫固相合成反應(yīng)中的幾個(gè)問題影響固相反應(yīng)速率的有三個(gè)主要因素:首先是反應(yīng)物固體的表面積和反應(yīng)物間的接觸面積;其次是生成物的成核速率;第三是相界面間離子獷散速率。
增加反應(yīng)物固體的表面積和反應(yīng)物間的接觸面積可以通過充分研磨使反應(yīng)物混合均勻,反應(yīng)物顆粒充分接觸,另外反應(yīng)物的比表面和反應(yīng)活性要高。三元材料的合成過程中,首先采用共沉淀的方法制備了NCM三元材料前驅(qū)體,使Ni、Co、Mn按照一定的比例均勻分布在前驅(qū)體中,這是十分重要的。另外在高溫固相合成之前,將共沉淀的前驅(qū)體和鋰鹽充分混合,
使不同反應(yīng)物顆粒之間充分接觸,對于合成出合格產(chǎn)品也是非常重要的。通過充分破碎,或通過各種化學(xué)途徑制備粒度細(xì)、比表面大、活性高的反應(yīng)物原料。將反應(yīng)物充分研磨混合均勻,反應(yīng)物的高比表面和充分混合是非常重要的。如果原料固體結(jié)構(gòu)與生成物結(jié)構(gòu)相似,則結(jié)構(gòu)重排較方便,成核較容易。例如用MgO+Al203合成MgAl204,由于Mg0和尖晶石MgAl20。
結(jié)構(gòu)中氧離子結(jié)構(gòu)排列相似,因此易在Mg0界面上或界面鄰近的格內(nèi)通過局部規(guī)整反應(yīng)或取向規(guī)正反應(yīng)生成MgAl20。晶核,或進(jìn)一步晶體生長。在制備方法、反應(yīng)條件和反應(yīng)物的選取等方面應(yīng)著眼于原料反應(yīng)性的提高,促進(jìn)固相反應(yīng)的進(jìn)行是非常有用的。例如在進(jìn)行固相反應(yīng)之前制取粒度細(xì),高比表面、非晶態(tài)或介穩(wěn)相;新沉淀、新分解等新生態(tài)反應(yīng)原科,這些反應(yīng)物往往由于結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性而呈現(xiàn)很高的反應(yīng)活性。由于固相反應(yīng)是復(fù)相反應(yīng),反應(yīng)主要在界面上進(jìn)行,反應(yīng)的控制步驟是離子的相間擴(kuò)散,因此此類反應(yīng)生成物的組成和結(jié)構(gòu)往往呈現(xiàn)非計(jì)量性和非均勻性。例如在三元材料合成中,


