碳酸锂微观结构改性与形貌演变规律研究开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

近年来，由于新能源汽车的销量持续上涨以及当前手机市场和笔记本市场的持续繁荣，对高性能的动力和储能设备需求日益增大。由于锂离子电池具有能量密度高、平均输出电压高、无记忆效应等优点，因此受到广泛关注^[1-7]。碳酸锂是锂的基础性化合物，除了锂离子电池之外，在核电站、航空航天、玻璃陶瓷和石油化工等众多领域也有广泛应用。例如：li₂co₃可用于生产极显像管、耐热玻璃、玻璃、陶瓷等，作为助熔剂和添加剂的li₂co₃加入到生产过程中不仅能降低熔解温度，而且还可以改善玻璃的粘性和热膨胀性等重要性质；在铝冶炼工业方面，li₂co₃能降低阳极电位，节约用电；在医药上，多年研究及临床应用证明，li₂co₃可以用作安眠药和镇静剂，已成为治疗狂躁症的首选药物^[9-14]_。除此之外，碳酸锂也是制造金属锂及其同位素、各种精细锂盐(如钼酸锂、氢氧化锂、溴化锂等)的主要原料。

碳酸锂(li₂co₃)的粉末为无色单斜晶体，空间群为c2/c(15)，a=8.316，b=4.976，c=6.193，α=γ=90°，β=114.553°；其相对密度为2.11，熔点为723℃，沸点为1200℃，不溶于酒精、丙酮、甲基酮及乙酸乙酯等有机物，在冷水中的溶解度较热水中大^[8]。高纯碳酸锂是生产高质量无机和有机锂化合物的基础。目前li₂co₃的生产方法主要有两种：从矿石中提锂生产碳酸锂和从盐湖卤水中提锂制备碳酸锂。工业上有生产价值的锂矿包括：锂辉石(lialsi₂o₆)、透锂长石(lialsi₄o₂)、锂云母[li₂(f₂oh)₂al₂(sio₃)₃]和锂磷铝石(lialfpo₄)。从锂矿石中提取碳酸锂历史悠久，其工艺主要分为碱法和酸法。碱法中有石灰石烧结法、纯碱压煮法；酸法中有硫酸法、醋酸钠法和氯化法。目前国外已逐步淘汰硫酸法，多采用盐湖卤水提锂制备碳酸锂的工艺，其方法有离子交换吸附法、溶剂萃取法等，再经进一步纯化才应用于锂离子电池、玻璃陶瓷等领域。纯化的主要方法有碳化法、苛化法、电解法、离子交换法和碳酸锂重结晶法等。但是，这些方法生产出的li₂co₃都存在纯度低、杂质含量高、操作周期长和造成碱污染等问题^[15-23]_。因此，迫切需要一种可以简单易行制备高纯碳酸锂的方法。

针对上述问题，本论文拟采用工艺简单、绿色经济、可控性好的沉淀法制备碳酸锂，通过单因素实验和正交实验法，改变合成碳酸锂过程中的温度、添加剂、表面活性剂等因素用以提高碳酸锂纯度，总结制备高纯碳酸锂的最优实验条件。

2. 研究的基本内容和问题

研究内容：鉴于高纯碳酸锂对于锂电池及其应用领域的重要性，本论文拟选用沉淀法制备碳酸锂，以无水氯化锂和无水碳酸钠为原料，制备目标高纯碳酸锂材料，通过改变温度、添加剂和表面活性剂，探讨其对碳酸锂微观结构及形貌的影响并总结规律。

预期目标:(1)、通过沉淀法合成制得尺寸均匀、形貌规整的碳酸锂材料；(2)、探索不同温度、添加剂和表面活性剂等因素对碳酸锂形貌的影响，优化合成工艺并总结规律；(3)、得到相关图谱，能够对其进行分析。(4)、控制碳酸锂材料的形貌和物相，并提高纯度。

3. 研究的方法与方案

拟采用沉淀法合成碳酸锂材料，所用试剂及仪器如下：

试剂：分析纯无水碳酸钠、分析纯无水氯化锂、分析纯六偏磷酸钠。

仪器：聚焦光束反射测量仪（用于测定产品的粒度）；扫描电镜（用于表征样品的形貌）；普析转靶x射线多晶衍射仪（用于表征样品的物相组成）。

4. 研究创新点

[1] 赵悦年. 电池级碳酸锂制备技术[j]. 化工管理, 2019, 28: 91-92.

[2]赵春龙,孙峙,郑晓洪,等.碳酸锂的制备及其纯化过程的研究进展[j].过程工程学报,2018,18(01):20-28.

[3]孙锡良.盐湖含锂卤水萃取锂及制备碳酸锂工艺研究[d].中南大学,2005.

5. 研究计划与进展