锰基正极材料的应用与高容量锰基材料的发展

层状富锂锰基正极材料的合成与结构调控方法

层状富锂锰基正极材料的合成与结构调控方法新一代便携式电子产品和电动汽车的发展迫切需要提高电池的能量密度。当前锂离子电池的能量密度受制于正极材料的比容量。 因此,开发高容量正极材料己成为锂离子电池发展的技术关键。在目前研究的正极材料中,富锂锰基xLi2MnO3-(1-x)LiMO2(M=Co、Ni、Mn)具有高达250～300mAh.g-1的比容量、较好安全性和低廉的成本,被视为最具发展前景的正极体系。 然而,富锂锰基正极存在若干应用问题,如首周效率偏低、容量衰减较快、倍率性能不佳和循环过程中电压下降等。针对这些问题,本论文工作从材料合成化学、表面组成和体相结构调控等方面探讨了改善这类化合物电化学性能的途径,期望以此推进富锂锰基材料的实用化进程。 本论文的主要研究内容和结果如下：1、合成方法的比较研究。本工作采用聚合热解法、机械化学法、共沉淀法三种方法制备了富锂锰基材料 0.3Li2MnO3-0.5LiNi0.33Mn0.33CO0.33O2(Li[Li0.2Mn0.54Ni0.13CO0.13]O2),并比较研究了不同反应途径生成产物的结构、形貌以及电化学性能。 实验结果表明,聚合热解法在合成反应中能够始终保持金属离子的均匀分布,所制备的材料具有颗粒尺寸小(100～150nm),结晶度高等特点,可实现较高的比容量(291mAh·g-1),较好的倍率性能(210mAh·g-1,1C),但也存在循环稳定性较差(100周80%的容量保持率)的问题。机械化学法制备的材料虽比容量较低(260mAh·g-1),但循环稳定性较高(500周83%的容量保持率),且制备过程中绿色无污染,适合大规模应用。 传统的共沉淀法虽可制备出较高振实密度的球形材料,但步骤复杂,且控制

我国锰系材料发展概况_李建明

综合评述 我国锰系材料发展概况 李建明 (全国锰矿技术委员会,湖南长沙　410006) 摘　要:简要介绍了以电解金属锰、四氧化三锰、锰酸锂等为代表的锰系材料的生产、研究及其在高新技术领域的应用情况及发展趋势。 关键词:锰系材料;电解金属锰;四氧化三锰;锰酸锂 中图分类号:TG145　文献标识码:A　文章编号:1002-4336(1999)04-0001-03 1　概 述 “无锰不成钢”,锰在钢铁工业中占有重要的地位。另外,以电解金属锰(下简称电解锰)、电解二氧化锰、碳酸锰、四氧化三锰、硫酸锰、高锰酸钾等为代表的20余种工业锰产品广泛应用于电子、能源、化工、合金、焊接、医药等领域。长期以来,锰系产品(材料)主要属于低技术原材料级产品,但近年来,随着能源材料、电子产业技术的迅速发展,一些锰系材料开始挤身于高技术材料领域而受到广泛地重视。 2　锰系新材料应用简介 锰在钢铁、材料、能源、医药、化工等行业有着广泛的用途。下面就几个方面进行介绍。 (1)电子　电子行业是当今技术发展最迅速的行业之一,磁性材料(铁氧体)作为电子产品必不可少的材料,在电子工业中有着广泛的用途。软磁铁氧体,是由锰、锌、铁的氧化物按一定配比混合后烧结成的,具有狭窄的剩磁、感应曲线,可以反复磁化,同时其直流电阻率很高,可以避免涡流损失。如:电子计算器中用来储存信息的磁芯、磁盘和磁带,电话用变压器和高品质电感器,电视回扫变压器、磁记录用磁头、电感器、磁放大器、饱和电感器、天线棒等等,都是用软磁铁氧体制成的。该铁氧体中的锰,以前普遍是用碳酸锰形式加入的,随着近几年高技术电子产品对软磁铁氧体磁性能的要求的大大提高,碳酸锰逐渐被性能优越得多的四氧化三锰所替代,而高性能的铁氧体要求高性能即高纯、高比表面积的四氧化三锰。所以,四氧化三锰在锰系材料中的地位迅速上升,成为锰系高技术材料的明星。 (2)能源　电池高技术新材料的研究是各国能源材料研究的重点。锂离子电池是高技术、高性能电池的最新代表,而用锰酸锂替代昂贵的钴酸锂,则是该领域近期世界研究的热点。日本小批量锰酸锂电池产品已问世,锰酸锂材料在高技术电池材料领域有着不可估量的前景,孕育着巨大的商机。 (3)合金材料　锰在合金中的应用主要以电解锰的形式加入,锰合金材料主要有Al—Mn、Cu—M n、Ni—Mn等等,以 第17卷第4期1999年11月 中　国　锰　业 CHINA′S MANGANESE INDUS TRY Vo1.17№4 November1999 收稿日期:1999-09-06 作者简介:李建明(1965-),湖南浏阳人,男,硕士,高级工程师。

镍、锰、氮、碳在不锈钢中的作用

镍、锰、碳、硅在不锈钢中的作用 镍是优良的耐腐蚀材料，也是合金钢的重要合金化元素。镍在钢中是形成奥氏体的元素，但低碳镍钢要获得纯奥氏体组织，含镍量要达到24％；而只有含镍27％时才使钢在某些介质中的耐腐蚀性能显著改变。所以镍不能单独构成不锈钢。但是镍与铬同时存在于不锈钢中时，含镍的不锈钢却具有许多可贵的性能。 基于上面的情况可知，镍作为合金元素在不锈钢中的作用，在于它使高铬钢的组织发生变化，从而使不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能获得某些改善。 铬镍奥氏体钢的优点虽然很多，但近几十年来由于镍基耐热合金与含镍20％以下的热强钢的大量发展与应用，以及化学工业日益发展对不锈钢的需要量越来越大，而镍的矿藏量较少且又集中分布在少数地区，因此在世界范围内出现了镍在供和需方面的矛盾。所以在不锈钢与许多其他合金领域（如大型铸锻件用钢、工具钢、热强钢等）中，特别是镍的资源比较缺乏的国家，广泛地开展了节镍和以其他元素代镍的科学研究与生产实践，在这方面研究和应用比较多的是以锰和氮来代替不锈钢与耐热钢中的镍。 锰对于奥氏体的作用与镍相似。但说得确切一些，锰的作用不在于形成奥氏体，而是在于它降低钢的临界淬火速度，在冷却时增加奥氏体的稳定性，抑制奥氏体的分解，使高温下形成的奥氏体得以保持到常温。在提高钢的耐腐蚀性能方面，锰的作用不大，如钢中的含锰量从0到10．4%变化，也不使钢在空气与酸中的耐腐蚀性能发生明显的改变。这是因为锰对提高铁基固溶体的电极电位的作用不大，形成的氧化膜的防护作用也很低，所以工业上虽有以锰合金化的奥氏体钢（如40Mn18Cr4,50Mn18Cr4WN、ZGMn13钢等），但它们不能作为不锈钢使用。锰在钢中稳定奥氏体的作用约为镍的二分之一，即2％的氮在钢中的作用也是稳定奥氏体，并且作用的程度比镍还要大。例如，欲使含18％铬的钢在常温下获得奥氏体组织，以锰和氮代镍的低镍不锈钢与元镍的铬锰氮不诱钢，目前已在工业中获得应用，有的已成功地代替了经典的18-8铬镍不锈钢。

7 锂离子电池富锂锰基正极材料的研究进展_周罗增

锂离子电池富锂锰基正极材料的研究进展 周罗增1,2，徐群杰1*，汤卫平2，靳 雪1，袁小磊1 （1.上海市电力材料防护与新材料重点实验室，上海电力学院，上海200090； 2.上海空间电源研究所，上海200245） 摘要：随着新能源如电动汽车、储能电站的蓬勃发展，人们对下一代高性能锂离子电池的能量密度、功率密度和 循环寿命提出了更高的要求.而富锂锰基正极材料x Li 2MnO 3·(1-x )LiMO 2（0

锰在粉末冶金材料中的应用

锰在粉末冶金材料中地应用 罗述东1 ,李祖德2 ,赵慕岳1 ,易健宏1 <1.中南大学粉末冶金国家重点实验室, 2.北京市粉末冶金研究所,） 摘要：锰是重要地工业原料,在粉末冶金材料中有广泛应用.该文概述锰在烧结钢、阻尼合金、铝合金、钛铝合金、钨基重合金、硬质合金等材料中地应用情况.可以预期,在提高粉末冶金材料性能与开发粉末冶金新材料地领域中,锰将具有广阔地应用前景. 1. 引言 元素锰地原子序数为25,在周期表中位于第四周期,ⅦB族,属于过渡族金属.金属锰密度7.43 g/cm3,性硬而脆,莫氏硬度5～6,致密块状金属锰表面为银白色,粉末呈灰色[1,2].锰元素在地壳中地含量约

0.085%,在已知元素中占第十五位,在重金属中仅次于铁而居第二位[3].锰资源丰富,价格便宜. 元素锰早在1774年就被发现,但是,在钢铁工业中地重要作用直到1856年发明底吹酸性转炉,以及1864年发明平炉炼钢法之后,才为人们所认识.现在,锰作为有效而廉价地合金化元素,已成为钢铁工业中不可缺少地重要原料.约90%锰消耗于钢铁工业,用量仅次于铁,其余10%消耗于有色金属冶金、化工、电子、电池、农业等部门[4,5]. 锰及其化合物是生产粉末冶金材料地常用原料.Benesovsky 和Kieffer于1950年首先认识到锰在粉末冶金材料中地重要性.此后,锰在粉末冶金工业中地应用逐渐扩大.通过开发母合金技术和预合金技术,开发了含锰系列地高强度烧结钢.并且,在其它粉末冶金材料中作为主要组元或添加组元,发挥了重要作用.本文就锰在粉末冶金材料中地应用情况进行综述. 2. 锰在高强度烧结钢中用作合金元素 锰溶于铁素体中所产生地固溶强化作用,优于许多合金元素<强化作用递增次序：Cr＜W＜V＜Mo＜Ni＜Mn＜Si＜P）.利用这一特性,传统冶金工业生产了许多含锰地高强度低合金钢牌号.粉末冶金工作者借鉴这一经验,以锰作为添加剂开发出多种高强度烧结钢系列.例如,按ISO5755：2000

锂离子电池正极材料的几种体系

锂离子电池正极材料的几种体系 主要包括：锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物和聚阴离子正极材料系列。 1. 锂钴氧化物 锂钴氧化物是现阶段商品化锂离子电池中应用最成功、最广泛的正极材料。其在可逆性、放电容量、充放电效率和电压稳定方面是比较好的。LiCoO2属于α-NaFeO2型结构，它具有二维层状结构，适合锂离子的脱嵌，其理论容量为274mAh/g，但在实际应用中，由于结构稳定性的限制，最多只能把晶格中的一半Li+脱出，因此实际比容量约为140mAh/g 左右，其平均工作电压高达3.7V。因其容易制备，具有电化学性能高，循环性能好、性能稳定和充放电性能优良等优点，成为最早大规模商业化应用于锂离子电池的正极材料，目前商品化锂离子电池70%以上仍然采用钴酸锂作为其正极材料。LiCoO2一般采用高温固相法制备，该种方法工艺简单、容易操作、适宜于工业化生产，但是也存在着以下缺点：反应物难以混合均匀，需要较高的反应温度和较长的反应时间，能耗大，产物颗粒较大，形貌不规则，均匀性差，并且难以控制，从而导致电化学性能重现性差。为了克服固相反应的缺点，溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法、模板法等方法被用来制备LiCoO2，这些方法的优点是可以使Li+和Co2+之间充分接触，基本达到原子水平的混合，容易控制产物的粒径和组成。但是这类制备方法工序比较繁琐，工艺流程复杂，成本高，不适用于工业化生产。 2. 锂镍氧化物 镍酸锂（LiNiO2）为立方岩盐结构，与LiCoO2相同，但其价格比LiCoO2低。LiNiO2理论容量为276mAh/g，实际比容量为140~180mAh/g，工作电压范围为2.5V~4.2V，无过充或过放电的限制，具有高温稳定性好，自放电率低，无污染，是继LiCoO2之后研究得较多的层状化合物。但LiNiO2作为锂离子电池正极材料存在以下问题亟待研究解决。首先，LiNiO2制备困难，要求在富氧气氛下合成，工艺条件控制要求较高且易生成非计量化合物。LiNiO2合成技术的关键是将低价的镍完全转变为高价镍，高温虽然可以实现LiNiO2的高效合成，但由于温度超过600℃时合成过程中的Ni2O3易分解成NiO2，不利于LiNiO2的形成，所以必须选用苛刻的低温合成方法。此外，在制备三方晶系的LiNiO2过程中，容易生成立方晶系的LiNiO2，由于立方晶系的LiNiO2在非水电解质溶液中无活性，因此，工艺条件控制不当，极易导致LiNiO2材料的电化学性能不稳定或下降。其次，LiNiO2与LixCoO2一样，在充放电过程中，也会发生从三方晶系到单斜晶系的转变，导致容量衰减[69]，与此同时，相变过程中排放的O2可能与电解液反应，此外，LiNiO2在高脱锂状态下的热稳定性也较差，，易于引发安全性问题。可喜的是，通过掺入少量Cu、Mg、Al、Ti、Co等金属元素，可使LiNiO2获得较高的放电平台和电化学循环稳定性。 3. 锂锰氧化物 我国锰资源储量丰富，而且锰无毒，污染小，因此层状结构的LiMnO2和尖晶石型的LiMn2O4都成为了正极材料研究的热点。锂锰氧化物主要有层状LiMnO2和尖晶石型LiMn2O4两类。LiMnO2属于正交晶系，岩盐结构，氧原子分布为扭变四方密堆结构，其空间点群为Pmnm，理论比容量达到286mAh/g，充放电范围为2.5~4.3V，是一种较

富锂锰体系的研发

富锂锰基体系研发的项目立项报告 一、立项目的 电池能量密度的高低是未来电池行业发展的方向，富锂锰基材料的质量能量密度大、来源丰富且价格便宜，但是由于国内对该种材料的研究时间不长，技术还不够成熟，所以需要进一步深入的研究，以提高该种材料在电池方面的利用率。 二、项目主要内容 1、立项依据 （1）国内外现状 随着科技的进步, 电子产品、电动汽车、医疗、设备和航天航空等领域对储能设备的要求日益提高,能量密度高、体积小、循环寿命长的锂离子电池得到广泛应用。而锂离子电池正极材料是锂离子电池的关键材料，其性能的好坏决定了锂离子电池的性能。其价格的高低决定了锂离子电池的成本，目前市场上的正极材料以钴酸锂为主，尖晶石锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴酸锂、磷酸亚铁锂等材料也占有了一定的市场份额。钴酸锂是率先实现商品化的正极材料，其性能稳定、制备简单、工艺成熟，但是全球钴资源紧缺，并且我国是贫钴国家，因此钴酸锂的生产成本很高，产品价格居高不下，而且钴具有一定的毒性，钴酸锂的发展受到了阻碍，需要其它正极材料作为其替代品。尖晶石锰酸锂是市场上最低廉的正极材料，安全性也好，但是其比容量较低、高温循环性能差。镍钴锰酸锂与钴酸锂相比，价格低，比容量高，安全性能好，对环境更友好，但是其平台电压低，压实密度也要更低一些。镍钴酸锂具有好的电化学性能，但是其价格比镍钴锰酸锂要高，并且安全性差。价格相对低廉些的磷酸亚铁锂却存在锂离子导电率低、振实密度低和低温性能差的固有缺陷。因而进行研究具有放电比容量高、质量能量密度大、循环稳定性好、价格便宜和对环境友好等优点的新型正极材料势在必行。 国内对富锂锰基材料的研究自去年起开始升温,制备技术基本采用液相共沉淀法,与国外技术差距不大。但由于我国没有富锂锰基材料的原始专利,在降低首次充放电不可逆容量、提高材料循环寿命和倍率性能等方面基本沿用了国外的相关技术,受到专利方面的制约,尚未实现产业化生产。

锰在光催化中的作用与影响

锰在光催化中的作用与影响 摘要单一光催化剂的量子效率较低，光响应范围较窄，研究高量子效率、高可见光响应的新型光催化剂的制备和光催化作用的本质有非常重要的意义。总结了近年来国内外关于含锰光催化剂的研究进展，如掺杂、复合、自然混合及其在光催化反应中的作用等。最后对含锰光催化剂在研究中待解决的问题进行了分析。 关键词锰掺杂二氧化钛光催化剂量子效率吸光性能表面反应 多相光催化技术处理水中存在的多种难降解有毒有机和无机污染物的研究近年来备受关注［1~6］。制备高量子效率、高可见光响应的新型光催化剂，以此来提高光催化剂催化活性的研究成为近年来研究人员致力的研究方向。不同形态的锰在光催化剂合成中的应用及其作用、以锰化合物为母体的物质所具有的光催化性质、水体中以溶解态和固体颗粒物存在的各种含锰杂质对光催化过程的作用及影响等问题值得关注和研究。 1 锰掺杂对光催化的影响及其机理 目前被广泛研究的光催化材料包括CdS、SnO2、TiO2、ZnO、ZnS、PbS、MoO3、SrTiO3、V2O5、WO3等。过渡金属离子掺杂到催化剂中可以起到类似“助剂”的作用［7］。这种作用可能从以下几方面体现出来：多种过渡金属离子的光吸收范围比TiO2宽，从而可以更有效地利用光能；过渡金属元素存在多个化合价，在TiO2晶格中掺杂少量过渡金属离子，可在其表面产生缺陷或改变其结晶度，成为光生电子-空穴对的浅势捕获阱，使得TiO2纳米晶电极呈现p-n型光响应共存现象，延长电子与空穴的复合时间，降低复合效率，提高了二氧化钛的光催化性能；光生电子-空穴对所带电荷较强，难以通过表面电荷区进入到溶液中进行反应，要求反应物预先吸附在催化剂表面，因而通过过渡金属元素掺杂，改善其对反应物的吸附性能也是光催化性能提高的重要原因。在过渡金属元素中，锰是人们经常使用的一种金属元素。 1.1 锰掺杂影响催化剂的吸光性能 Gomathi等通过研究发现Mn2+通过掺杂进入TiO2的晶格内，取代了原来钛原子的位置，形成新的化学键，导致锐态型TiO2表面氧空穴增加并引进了新的能级使能级分裂，使电子跃迁由原来的一步激发完成变为2步或多步进行。同时电荷重排，结构也发生变化。紫外可见光谱(UVVis)表明Mn2+掺杂引起吸收波红移，可见光响应强度增大，扩展了吸光范围，促进光催化反应的进行［8］。 1.2 锰离子掺杂影响电荷迁移过程

富锂锰基正极材料结构稳定性及改性研究

一、研究意义、国内外研究现状综述及创新之处 1.研究意义 随着能源危机的日益迫近和人们对于环境保护呼声的不断高涨，各国政府竞相投入大量资金研发具有高能量密度和安全环保的二次电池。在所有二次电池中，锂离子电池具有比能量高、安全环保、无记忆效应等突出优点，目前被广泛的用作新能源汽车电源。但是，目前使用锂离子动力电池作驱动电源的纯电动汽车续驶里程一般不超过200英里，而使用内燃机作驱动的汽车续驶里程在500英里以上，不断增加电池的能量密度仍然是锂离子电池在今后一段时间需要持续努力的目标。 锂离子电池的能量密度取决于正极材料的能量密度。有报道指出，结构形如Li2MnO3? LiMO2 ( M=Ni, Co, Mn …)的富锂锰基材料在经过首次充电活化后，最高放电比容量可达300mAh/g以上，同时，富锂锰基正极材料还具有安全可靠、价格低廉等优点。因此，富锂锰基材料是一种具有广阔应用前景的锂离子电池正极材料。但是，富锂锰基材料目前仍然在循环稳定性、倍率性能、首次效率以及压实密度等方面存在问题；尤其是材料的循环稳定性，在经过大约50个循环后，材料的放电比容量就衰减到初始值的约80%左右，而材料的平均放电电压随充放电过程的进行也会逐渐衰减；这些原因导致富锂锰基材料很难立即应用到工业化生产中。 本项目针对富锂锰基材料在循环稳定性方面存在的问题，采用层层递进的方法分析富锂锰基材料循环稳定性差的内在原因，同时考虑用材料结构调控和表面包覆的方法对材料循环稳定性进行改性，预期将会显著提高富锂锰基材料的循环寿命，从而加快此类材料在锂离子电池中的应用速度。 2.国内外研究现状综述 富锂锰基材料的循环稳定性差可能主要与材料首次充电后在材料中形成的大量晶格缺陷有关。首次充电过程中，随充电电压的升高，富锂锰基材料依次会发生两步半反应： x Li2MnO3·(1-x)LiMO2→x Li2MnO3·(1-x) MO2 + (1-x)Li(1) x Li2MnO3·(1-x) MO2→ x MnO2·(1-x) MO2 + xLi2O （2）

锂离子电池三元镍钴锰正极材料研究现状综述

三元系锂电池正极材料研究现状 摘要：综述了近年来锂离子电池层状Li-Ni-Co-Mn-O正极材料的研究进展，重点介绍了正极材料LiNi l/3Co l/3Mn l/3O其合成方法电化学性能以及掺杂、包覆改性等方面的研究结果。 三元系正极材料的结果： LiMn x Co y Ni1-x-y O2具有α-2NaFeO2层状结构。Li原子占据3a位置,Ni、Mn、Co随机占据3b位置,氧原子占据6c位置。其过渡金属层由Ni、Mn、Co 组成,每个过渡金属原子由 6 个氧原子包围形成MO6 八面体结构,而锂离子嵌入过渡金属原子与氧形成的(MnxCo yNi1-x-y) O2层之间。在层状锂离子电池正极材料中均有Li+与过渡金属离子发生位错的趋势,特别是以结构组成中有Ni2+存在时这种位错更为突出。抑制或消除过渡金属离子在锂层中的位错现象是制备理想α-2NaFeO2结构层状正极材料的关键，在LiMn x Co y Ni1-x-y O2结构中, Ni2+的半径( rNi2+=0.069nm)与Li+的( rLi+=0.076nm)半径接近,因此晶体结构会发生位错,即过渡金属层中的镍原子占据锂原3a的位置,锂原子则进驻3b位置。在Li+层中,Ni2+的浓度越大,则Li+在层状结构中脱嵌越困难,电化学性能越差。而相对于LiNiO2及LiNi x Co1-x-y O2 ,LiMn x Co y Ni1-x-y O2中这种位错由于Ni 含量的降低而显著减少。同时由于Ni2 + 的半径( rNi2 + =0. 069nm) 大于Co3+ ( rCo3+ = 0. 0545nm) 和Mn4 + ( rMn4 + =0. 053nm) ,LiMnxCo yNi1 - x - yO2 的晶格常数有所增加。 由于充分综合镍酸锂的高比容量、钴酸锂良好的循环性能和锰酸

智能材料及其应用进展

智能材料及其应用进展 姓名：吴柏君 学号：201307231 班级：应化1301班 专业：化学与生物工程学院 兰州交通大学 2015年10月20日

摘要:概述了智能材料的内涵;介绍了智能材料的设计思想来源,材料组元的选择和复合形式以及其中的几条复合途径;综述了压电陶瓷复合材料和压电聚合物、形状记忆合金和形状记忆高分子聚合物、光纤材料和电流变体等几类智能材料的研究情况和应用概况;最后,指出了智能材料的研究价值和广阔的应用前景。 关键词: 智能材料; 压电陶瓷; 形状记忆合金; 光纤材料; 电流变体 中图分类号:TB381文献标识码:A 材料是人类生活和生产的基础,一般将其划分为结构材料和功能材料两大类。对结构材料主要要求的是其机械强度;而对功能材料则侧重于其特有的功能。智能材料不同与传统的结构材料和功能材料,它模糊了两者之间的界限,并加上了信息科学的内容,实现了结构功能化,功能智能化。由智能材料组成的智能结构具备传感、驱动和控制三个基本要素,能通过自身的感知,做出判断,发出指令,并执行 和完成动作,实现自检测、自诊断、自监控、自校正、自修复及自适应等多种功能[1～5]。当前,科学技术的发展对材料性能的要求越来越高。本文将对智能材料的设计原理和其中几类智能材料的发展状况及其应用情况作概括介绍。 1智能材料设计原理 智能材料的设计思想来自于下列因素:(1)材料的开发历史,结构材料※功能材料※智能材料;(2)人工智能计算机对材料性能的新要求;(3)从材料设计的角度考虑智能材料的制造;(4)软件功能引入材料;(5)对材料的期望;(6)能量的传递;(7)材料具有时间轴的观点,即仿照生物体的功能[6]。随着信息科学的迅速发展,自动装置不仅用于机器人和计算机等人工机械,更可用于能条件反射的生物机械。此自动装置能依据过去的输入信号(信息)产生输出信号(信息)。过去输入的信息则作为内部状态存储于系统内。因此,自动装置由输入、内部状态、输出三部分组成。智能材料与自动装置的概念相似,可控制材料内部状态系数、状态转变系数和输出系数的变化来实现材料的智能化。对于陶瓷,就是涉及材料组成、结构与功能性的关系。陶瓷一般是微小晶粒的多晶聚集体,可添加微量的第二组分控制其特性。该第二组分的本体和微晶界的性能均影响材料特性。为使陶瓷具有高功能进而达到智能化,应使材料处于非平衡态、拟平衡态和亚稳定状态。用现有材料组合,并引入多重功能,特别是软件功能,可以得到智能材料。由于智能材料具有传感、处理和执行功能,其研制即是将此类软件功能(信息)引入材料,将多种软件功能寓于几纳米到数十纳米厚的不同层次结构,使材料智能化。此时材料的性能不仅与其组成、结构、形态有关,同时也是环境的函数[6]。智能材料组元的选择有敏感材料和功能材料两大类。敏感材料包括压电材料、磁致伸缩材料、形状记忆材料、电(磁)致粘流体、液晶材料、PH控伸缩材料等;功能材料包括磁性材料、超导材料、导电材料、半导体材料等。材料复合的形式可分为嵌入式和积层式两大类。嵌入的材料包括颗粒、短纤维材料等,而积层式则指功能、敏感以及结构材料的多层复合。材料智能化的几条典型途径:压电材料+电热材料※压热材料(阻尼材料);压电材料+电致变色材料※压致变色材料(示警材料);光电材料+电致变色材料※光致变色材料(智能玻璃);PH致伸缩材料+压电材料※PH致电材料(生体材料)[7]。 2智能材料发展现状 随着太空通讯、观测等要求的提高,航天飞行器的重量越来越大。为减轻重量,降低发射成本,必须采用新的材料设计方法。自1985年起,美国政府提出了开展智能材料的研究计划,要求航天飞行器具有自适应性能。1987年,此项目列入美国空军科研项目[8]。1990年,四大学会(ADAA、AIAA、ASME、SPIE)联合举办了主

锰系磷化作用和用途

锰 磷化作用和使用锰系磷化、防锈磷化液工艺是在钢铁表面生成一种致密、耐磨的黑色 磷化液色膜层, 所以又称黑色磷化液。磷化液膜是由一系列大小不同的结晶所组成, 在晶体的连接点上形成细小裂纹的多孔结构, 这种多孔的晶体结构在有润滑油或防锈油 的环境中可使钢铁表面的耐蚀性、吸附性、耐磨性得以显著的改善和提高。适 用于汽车、摩托车、船舶等高速运转的零部件减磨自润滑功能膜层处理，以及工具、 刀具及要求较高的标准件耐磨、耐腐蚀膜层处理。工艺流程：除油脱脂→水洗→除锈 →水洗→中和→表调→磷化→水洗→上防锈油锰系磷化液参数：稀释比例：1：10 使用温度：95-98℃使用时间：10-20分钟管理：1．每天清 晨，打捞沉渣，10天翻一次槽。 2．总酸度60-80点、游离酸6-9点。酸比为6- 9。 3．总酸度不够，加磷化液，游离酸过高时加中和剂。锰盐磷化膜层具有较大的 硬度，承载能力和热稳定性，因此锰盐磷化膜层特别适用于处理滑动摩擦件(如齿轮、 轴套、汽缸套、活塞环、凸轮轴、气门挺杆、兵器部件等)，提高滑动摩擦件的耐磨性 能和摩擦副的磨合性能，当润滑突然中断时，磷化膜还能够吸收一定的机械应力，防 止零件表面损伤。由磷化膜的成膜反应可知，当钢铁表面与磷化溶液接触时，在钢铁 表面上的微阳极区就会产生铁的溶解，同时也开始形成磷化膜层。在磷化膜层下的钢 铁表面上也因此而被浸蚀形成致密的、具有一定深度的小凹坑。磷化过的钢铁表面在 磨合过程中，大量的磷酸盐被挤压在凹坑内。这些被挤压在凹坑内的磷酸盐一方面可 改善摩擦面的粗糙度，另一方面凹坑内的磷酸盐又能吸附润滑剂，保持不流失。当从 非摩擦区进入摩擦区时，摩擦面承受的正压力逐渐增大，凹坑内的液压亦随之增高， 润滑剂从凹坑内被挤出，使摩擦面之间形成连贯的润滑油膜，可明显提高摩擦副的耐 磨性。可以这样认为，只有当钢铁表面受到浸蚀后才能形成致密的凹坑，而凹坑又能 被足够数量的磷酸盐填平时，才能起到良好的减摩作用。磷化膜层膜重的选择。摩擦 副选用较厚的磷化膜层，有利于提高零件的耐磨性和使用寿命，但不是任何摩擦副都 能够采用厚膜，必须根据产品设计要求、摩擦副的公差配合和实际使用条件来确定。 在GB/T11376 1997《金属的磷酸盐转化膜》中，推荐了适用于不同减摩要求的磷化膜 膜重数据. 表调处理的选择。锌系磷酸盐膜的减摩特性不如锰磷酸盐膜，减摩要求不太 高的零件也可采用锌系或锰系磷化膜。为了满足公差配合要求高一些的摩擦副部件进 行磷代处理，在磷代前可以使用表调处理，并在磷化液中适当添加细化晶粒和减低膜 重的成分。锰系磷代前使用的表调剂与锌系磷化通常使用的表调剂不同，其主要成分 为锰的磷酸一氢盐胶体。表调溶液中表调剂的浓度通常为2～4g／L，工作温度40～ 50℃，时间1～3min，溶液用压缩空气搅拌．定期更换溶液。亚铁离子的控制。锰系 磷化溶液中主要含有锰离子、磷酸根离子和硝酸根离子。溶液中亚铁离子的含量宜控 制在2g／L以下，超过4g／L时必须添加氧化剂，例如，使用过氧化氢将多余的二价 铁氧化成三价铁而沉淀。溶液的总酸度约在40～60点，游离酸度约在2～4．5点左

锰在铸铁中的作用

球墨铸铁中锰的作用 原铁水中的锰可以起到一定的脱硫作用，锰与硫结合形成MnS进入炉渣被清除掉。在球化处理后，铁水中含硫，氧很少，硫氧与镁或稀土可以形成稳定化合物，锰不再起脱硫作用。因此，球铁中少量的锰也能起到合金作用，充分发挥稳定碳化物和珠光体的作用。适当提高锰量，由于促使珠光体增加并细化，可以提高强度，硬度，但降低塑性和韧性。锰量过高则出现碳化物，恶化机械性能。 锰是碳化物形成元素。在共析转变过程中，锰降低共析转变温度，稳定并细化珠光体。提高脆性转变温度，铁素体球铁中增加锰0.1%，脆性转变温度大约提高10-12度。增加缩松倾向。 在厚大铸件中锰的偏析严重。锰在含硅较高的奥氏体中溶解度很小，结晶过程中它富集在尚未凝固的金属液中，正在生长的共晶团排挤它，最后使锰富集到共晶团边界，形成珠光体或碳化物。严重时形成网状碳化物。严重影响机械性能，而且很难在热处理消除。 厚大铸件要防止锰的偏析；薄壁铸件要防止一次渗碳体；铸态铁素体球铁也要防止一次渗碳体及过多的珠光体。这三种情况都希望含锰越低越好，根据现有炉料条件，一般要求锰量低于0.5%。当然，退火铁素体球铁，也希望锰越低越好，一般要求锰量低于0.6%。 由于锰促进生成一次碳化物的作用很强烈，而稳定珠光体的作用又比铜，锡差，因而珠光体球铁也不希望采用高锰来保证珠光体数量，而采用适量的铜或正火工艺来稳定或保证珠光体数量。锰量一般控制在0.4-0.6%。 在原材料条件许可时，生产铸态铁素体球铁，含锰量最好控制在小于0.3%，以保证得到较好的延利率。原材料中的锰可以用TY-BSY2型元素分析仪监测监控。 MnS的熔点是1610±10℃，高于一般冲天炉的铁液温度，所以在铁液中多呈固体质点存在。因其比重小易浮出铁液，随渣排出，或呈颗粒夹杂物留存在铁液中。为了减少铁液中含硫量，中和硫的有害作用，锰在铸铁中的加入量与含硫量，中和硫的有害作用。 当今对灰铁的锰含量要求在0.6-0.8%之间最好！对球铁来讲，最好任何牌号的球铁都不要加锰来提高强度！请大家记住！在铁水中，锰首先和硫的亲和力

锰产业发展趋势与产品深加工

锰产业发展趋势与产品深加工 1、趋势 尽管电解金属锰在结构材料冶金领域的应用和功能没有太大的变化，但随着冶金工业的技术进步，对电解金属锰产品的精细化、多样化提出了特殊的要求，有代表性的包括喷射冶炼对粉状产品的要求及多组分合金网中，有色冶金工业对特殊金属锰的需求不断增大。 电子工业的蓬勃发展对锰的需求快速增长。电子工业是全球发展最快的工业之一，带动了全球的经济发展，也为锰行业的发展提供了广阔的空间。 作为电子工业的基本材料，以锰锌铁氧体为代表的软磁铁氧体市场不断扩大。自20世纪80年代以来，软磁铁氧体一直保持年均15%的市场需求增长速度，而据分析，这一增长速度还将继续保持。Mn3O4和软磁铁氧体的生产技术得到突破和发展，以金属锰生产Mn3O4已成为工业化的主流，直接利用Mn、Zn、Fe的纯金属为原料，采取共沉淀法生产锰锌铁氧体微粉工艺的工业也取得突破性进展，并展示出了良好的前景。 精细锰盐和特殊锰制品有所发展。在锰资源的应用领域，锰盐产业占有约10%的份额，锰在化学工业中的地位十分重要，而且发展迅速，应用领域不断拓宽。锰盐一般采用锰矿石为原料，经浸取、净化、结晶、沉淀等工艺制备。但随着高纯度、精细化锰盐应用的推广，利用电解金属锰生产高纯氯化锰、高纯碳酸锰、硝酸盐及高纯有机锰盐，都已进入工业化生产。与此同时，利用电解金属锰生产过程中的工业废弃物制备锰盐，可节约资源，减少环境污染，是锰盐制备的一个发展趋势。 电解锰应用领域的拓展与深加工产业的发展方向。在传统的应用领域，电解金属锰主要用于钢铁工业和有色冶金上的脱氧剂，同时，也是重要的合金元素。随着技术进步和新型产业的兴起，电解金属锰以其独特的理化性能，在冶金、电子工业功能材料和精细锰制品领域的应用越来越广泛，为电解金属锰的深加工利用奠定了市场基础和发展前景。 2、产品深加工 锰工业除了发展电解金属锰生产高纯氯化锰、高纯碳酸锰、硝酸盐及高纯有机锰盐；电解金属锰生产有色冶金上的脱氧剂；锰合金；电子工业功能材料等外，还可生产一系列深加工产品，作为锰产业链的下游产品，提高产业附加值，作为今后地方锰产业发展的重要方向。1）金属锰粉 金属锰粉传统的加工设备有球磨机、高压辊磨机、立磨机等。随着气流粉碎技术的引进和自主开发，高速气流磨作为一种新型的粉碎设备，为金属锰的超微粉碎提供了技术条件，颗粒在高压气流冲击下，相互碰撞而破裂，从而获得粒径小（1-5微米），粒度分布窄、颗粒规则、活性大的粉体，尤其适用于电子级锰产品的深加工。在湿法制备锰制品的生产中也采取搅拌磨、球磨设备在纯水介质中粉碎金属锰，制成浆体或悬浮液，直接应用于生产。 2）渗氮锰 渗氮锰亦称氮化锰，氮在金属锰中以锰的氮化物和固深体的形态存在。渗氮锰的生产工艺主要有3种：液态金属锰渗氮；用金属锰粉与含氮物质粘结压烤结渗氮；金属锰粉固态氮化。生产工艺：将金属锰粉置于电炉中，在一定温度下通入经预热的氮气，获得含氮量5%-7%的氮化锰产品。 3）电子级四氧化三锰 四氧化三锰可通过锰盐或锰的氧化物制得，但工业化的生产一般采用电解金属悬浮氧化工艺。并通过调整添加剂量和反应速度，辅以表面活性剂处理制备电子级产品。其流程示意如下： 图1四氧化三锰生产流程示意图

高性能富锂锰基正极材料的表面重构及全电池性能分析

高性能富锂锰基正极材料的表面重构及全电池性能分析 新能源汽车的快速发展及其续航里程的提升对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求,而正极材料是制约锂离子电池比容量及能量密度的关键。富锂锰基正极材料Li[Lix(MnM)1-x]O2(M = Ni,Co,Fe 等)因具有高放电比容量(>280 mAh g-1)、高工作电压(>3.6 V)和高体积比能量(1000 WhL-1)等优势,受到了研究者广泛的关注。富锂锰基正极材料的高容量来源于高电压下(>4.5 V)Li2Mn03结构的活化,此过程伴随着材料结构的不可逆转变;此外,该类材料的结构在循环过程中逐渐由层状结构转变为类尖晶石结构,这就导致了材料的放电比容量和放电电压随循环衰减严重、倍率性能变差等问题。持续的结构转变不仅在材料体相中产生了大量的两相界面,严重阻碍了Li+的传输,而且还产生了电化学活性较低的岩盐结构和无定形结构,削弱了 Li+脱出/嵌入的可逆性,因此,保持结构稳定、维持Li+迁移通道顺畅有望成为解决富锂锰基正极材料问题的有效途径。本文以深入研究富锂锰基正极材料的Li+扩散特点及其与材料结构的关系为基础,提出了原位包覆快离子导体以及构建表面反位缺陷的技术路线,从稳固材料表面结构出发,进而抑制体相结构转变,保持Li+脱出/嵌入的高可逆性,从而提高富锂锰基正材料的电化学性能。最后,以富锂锰基材料的应用为导向,对其全电池的性能进行了表征和分析。首先,结合富锂锰基正极材料特有的充放电机制和结构特点,通过循环伏安法(CV)、恒电流间歇滴定法(GITT)和交流阻抗法(EIS)分析了 Li+在体相以及界面的扩散动力学特点。分析结果表明:当充电电压大于

新型功能材料的发展及其应用

新型功能材料的发展及其应用 摘要：随着经济的迅速发展，人们对材料的需求日益增加。功 能材料作为现代技术的标志，引起了各国的关注，并在不同程度上推动或加速了各种现代技术的进一步发展。功能材料的新性能与特点不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相 关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。 关键词：功能材料现代技术性能特点发展 功能材料的概念是美国 Morton J A于1965年首先提出来的。功能材料是指具有一种或几种特定功能的材料，如磁性材料、光学材料等，它具有优良的物理、化学和生物功能，在物件中起着“功能”的作用。为了满足这些现代技术对材料的需求，世界各国都非常重视功能材料的研究和开发。功能材料迅速发展是材料发展第二阶段的主要标志，因此把功能材料称为第二代材料。 功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程 技术等现代高新技术及其产业。功能材料不仅对高新技术的发展 起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。 功能材料是指具有优良的物理、化学和生物或其相互转化的功能，

用于非承载目的的材料。迄今为止，功能材料尚无统一的和严格的定义。但与结构材料相比，有以下主要特点： （1）功能材料的功能对应于材料的微观结构和微观物体的运动，这是最本质的特征。 （2）功能材料的聚集态和形态非常多样化，除了晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、准晶态、混合态和等离子态等。除了三维体相材料外，还有二维、一维和零维材料。除了平衡态，还有非平衡态。 （3）结构材料常以材料形式为最终产品，而功能材料有相当一部分是以元件形式为最终产品，即材料元件一体化。 （4）功能材料是利用现代科学技术、多学科交叉的知识密集型产物。 （5）功能材料的制备技术不同于结构材料用的传统技术，而是采用许多先进的新工艺和新技术，如急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微型化、密积化、智能化已经精细控制和检测技术。 目前，现代技术对物理功能材料的需求最多，因此，物理功能材料发展最快，品种多，功能新，商品化和实用率高，在已使用的功能材料中占了绝大部分。 目前世界各国功能材料的研究极为活跃，充满了机遇和挑战，新技术、新专利层出不穷。发达国家企图通过知识产权的形式在特种功能材料领域形成技术垄断，并试图占领中国广阔的市场，这种态势已引起我国的高度重视。近年来，我国在新型稀土永磁、

锰的介绍及作用

锰 元素名称：锰 元素原子量：54.94 元素类型：金属 发现人：甘恩发现年代：1774年 发现过程： 1774年，瑞典的甘恩，用软锰矿和木炭在坩埚中共热，发现一纽扣大的锰粒。 元素描述： 银白色金属，质坚而脆。密度7.20克/厘米3。熔点1244+3℃，沸点1962℃。化合价+2、+3、+4、+6和+7。其中以+2（Mn2+的化合物）、+4（二氧化锰，为天然矿物）和+7（高锰酸盐，如KMnO4）为稳定的氧化态。在固态状态时它以四种同素异形体存在。电离能为7.435电子伏特。在空气中易氧化，生成褐色的氧化物覆盖层。它也易在升温时氧化。氧化时形成层状氧化锈皮，最靠近金属的氧化层是MnO，而外层是Mn3O4。在高于800℃的温度下氧化时，MnO的厚度逐渐增加，而Mn3O4层的厚度减少。在800度以下出现第三种氧化层Mn2O2。在约450℃以下最外面的第四层氧化物MnO2是稳定的。能分解水，易溶于稀酸，并有氢气放出，生成二价锰离子。 元素来源： 重要的矿物是软锰矿、辉锰矿和褐锰矿等。可用铝热法还原软锰矿制得。 元素用途： 冶金工业中用来制造特种钢；钢铁生产上用锰铁合金作为去硫剂和去氧剂。 元素辅助资料： 锰是在地壳中广泛分布的元素之一。它的氧化物矿——软锰矿早为古代人们知悉和利用。但是，一直到18世纪的70年代以前，西方化学家们仍认为软锰矿是含锡、锌和钴等的矿物。 18世纪后半叶，瑞典化学家T.O.柏格曼研究了软锰矿，认为它是一种新金属氧化物。他曾试图分离出这个金属，却没有成功。舍勒也同样没有从软锰矿中提取出金属，便求助于他的好友、柏格曼的助手——甘英。在1774年，甘英分离出了金属锰。柏格曼将它命名为managnese(锰)。它的拉丁名称manganum和元素符号Mn由此而来。