CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.3.1. Chế tạo vật liệu LiMn2O
Vật liệu LiMn2O4 có thể chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau [2], [21], tuy nhiên trong khuôn khổ của luận văn, chúng tôi lựa chọn phương pháp phản ứng pha rắn. Đây là một trong những phương pháp đơn giản về công nghệ, có hiệu quả kinh tế cao và có thể sản xuất với số lượng lớn, chính vì thế chúng tôi lựa chọn phương pháp này để chế tạo vật liệu LiMn2O4.
Bằng phương pháp nghiền trộn từ hỗn hợp các chất: muối Li2CO3 và ôxit MnO2 (với tỷ lệ thành phần nguyên tử Li : Mn = 1 : 2) kết hợp với thiêu kết ở nhiệt độ cao nhằm mục đích chế tạo vật liệu tích/thoát ion LiMn2O4 có độ đơn
pha cao ở dạng toàn rắn.
Quá trình chế tạo vật liệu LiMn2O4 được thực hiện theo các bước được mô tả theo các công đoạn như sau:
2.3.1.1. Chuẩn bị vật liệu
Vật liệu tích/thoát ion LiMn2O4 được chế tạo từ các chất ban đầu là ôxit MnO2 (99,99%) và muối Li2CO3 (99,99%) có độ sạch cao.
Căn cứ vào tỷ lệ thành phần nguyên tử (Li : Mn = 1 : 2), chúng tôi đã tính toán khối lượng của ôxit MnO2 và muối Li2CO3 cần thiết để chế tạo 4gam vật liệu LiMn2O4:
Hình 2.7: Quy trình chế tạo vật liệu LiMn2O4
Chuẩn bị nguyên vật liệu MnO2; Li2CO3 (Li : Mn = 1 : 2)
Nghiền trộn sơ bộ (bằng cối mã não trong 2h)
Nung sơ bộ lần I (Ở 6000
C trong 4h)
Nghiền trộn lần II
(bằng máy nghiền bi năng lượng cao trong 5h)
Thiêu kết ở nhiệt độ 6000
+ Khối lượng Li trong 4gam vật liệu LiMn2O4 là: 0,153gam, lượng muối Li2CO3 cần thiết là : 2 3 0,1535.73,88 0,817 13,88 Li CO m gam
+ Khối lượng Mn trong 4gam vật liệu LiMn2O4 là: 2,417gam, lượng ôxit MnO2 cần thiết là : 2 2, 417.86,94 3,825 54,94 MnO m gam
Sử dụng cân điện tử với sai số dưới 0,1%. Sau đó vật liệu được nghiền trộn sơ bộ bằng cối mã não.
2.3.1.2. Nghiền trộn sơ bộ
Công đoạn này có ý nghĩa quan trọng trong việc tạo ra sự đồng nhất của vật liệu, làm cho các hạt bột mịn và trộn với nhau đồng đều. Vật liệu được nghiền trộn sơ bộ bằng cối mã não trong thời gian 2 giờ.
2.3.1.3. Nung sơ bộ
Sau khi được nghiền trộn, vật liệu được sấy khô và ủ nhiệt ở 6000C với tốc độ gia nhiệt là 3độ/phút. Khi đạt nhiệt độ 6000C mẫu được giữ 4 giờ sau đó để nguội tự do. Công đoạn này có vai trò rất quan trọng: tại nhiệt độ 6000
C có sự phân hủy của Li2CO3 để giải phóng CO2 và tác dụng với MnO2 theo cơ chế phản ứng pha rắn tạo thành các pha hợp chất.
Sau quá trình nung sơ bộ, mẫu được đem nghiền trộn lần II bằng máy nghiền bi năng lượng cao.
2.3.1.4. Nghiền trộn lần II
Hỗn hợp bột thu được tiếp tục được nghiền trộn lần II bằng máy nghiền bi năng lượng cao với tốc độ 500 vòng/phút, hỗn hợp được nghiền trộn trong 5 giờ. Công đoạn này nhằm mục đích: tạo kích thước hạt đạt mức nano và tạo độ đồng đều hơn nữa cho hỗn hợp, đồng thời cung cấp năng lượng cho phản ứng pha rắn tiếp tục xảy ra và nhằm mục đích giảm nhiệt độ thiêu kết sau này.
2.3.1.5. Thiêu kết
Thiết bị được sử dụng thiêu kết là hệ lò GSL1600-80X của phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia thuộc Viện Khoa học Vật liệu, với chế độ hoạt động hoàn toàn tự động theo chương trình cài đặt trước. Sau khi nghiền trộn lần II bằng máy nghiền năng lượng cao, mẫu được chúng tôi đem thiêu kết ở nhiệt độ 6000C trong thời gian 1 giờ với tốc độ gia nhiệt 30C/phút và sau đó để nguội tự do.