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锰离子氧化沉淀法实现锂离子电池LiNi_(0.8)Co_(0.05)Mn_(0.15)O_(2)材料的回收和利用
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作者 王兆程 王义钢 +2 位作者 盛传超 何平 周豪慎 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1661-1672,共12页
以浓盐酸为浸出剂,以NaOH和NH_(4)HCO_(3)为沉淀剂,利用Mn^(2+)在碱性条件下的氧化反应改变离子的沉淀次序进而分步回收的方案,探究了浓盐酸酸浸处理三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.05)Mn_(0.15)O_(2)的最佳条件。在分步沉淀过程中,Mn^(2+... 以浓盐酸为浸出剂,以NaOH和NH_(4)HCO_(3)为沉淀剂,利用Mn^(2+)在碱性条件下的氧化反应改变离子的沉淀次序进而分步回收的方案,探究了浓盐酸酸浸处理三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.05)Mn_(0.15)O_(2)的最佳条件。在分步沉淀过程中,Mn^(2+)被氧化为不溶于非还原性酸的MnO(OH)_(2),并在酸性条件下回收。Ni、Co则在碱性条件下利用NaOH回收,而Li则利用NH_(4)HCO_(3)回收。该方法中Mn的回收率达到85.1%,产品纯度达到98.6%;Li的回收率达到95.0%,产品纯度达到99.3%。由回收材料重新合成的三元正极组装的软包电池的首圈放电比容量达到了175 mAh·g^(-1),可以以超过99.5%的库仑效率稳定循环50圈。 展开更多
关键词 废旧锂离子电池 lini_(0.8)co_(0.05)mn_(0.15)o_(2)三元材料 湿法回收 锰氧化反应
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氟化铝/硼酸复合包覆LiNi_(0.83)Co_(0.12)Mn_(0.05)O_(2)的制备及性能 被引量:3
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作者 褚曼曼 于建 张兴旺 《电池》 CAS 北大核心 2022年第3期258-262,共5页
高镍三元材料(LiNi_(1-x-y)Co_(x)Mn_(y)O_(2),NCM,x+y≤0.4)能量密度高、成本低,但存在容量衰减快、存储过程中产气等问题。金属氟化物常用来包覆正极材料,以改善电化学性能,但存在处理过程繁琐、包覆层不均匀和易生成强腐蚀性气体等... 高镍三元材料(LiNi_(1-x-y)Co_(x)Mn_(y)O_(2),NCM,x+y≤0.4)能量密度高、成本低,但存在容量衰减快、存储过程中产气等问题。金属氟化物常用来包覆正极材料,以改善电化学性能,但存在处理过程繁琐、包覆层不均匀和易生成强腐蚀性气体等缺陷。通过简单高效的球磨法,在高镍三元正极材料LiNi_(0.83)Co_(0.12)Mn_(0.05)O_(2)表面包覆薄且均匀的氟化铝(AlF_(3))和硼酸(H_(3)BO_(3))涂层。该复合涂层没有影响材料的层状结构,有利于Li^(+)的嵌脱。均匀致密的涂层可充当保护层,阻挡电解液腐蚀,减轻电极与电解液之间的副反应。以0.2 C在2.50~4.25 V充放电,AlF_(3)和H_(3)BO_(3)复合包覆正极的比容量提高到205.3 mAh/g,未改性材料为198.0 mAh/g;组装的软包装电池70℃满充存储7 d后的热测体积增长率最低仅有10.6%,低于同组分的商业化产品(40.7%),说明产气量更少。 展开更多
关键词 高镍三元正极材料 氟化铝(AlF_(3)) 硼酸(H_(3)Bo_(3)) 复合包覆 电化学性能 lini_(0.83)co_(0.12)mn_(0.05)o_(2)
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双掺杂策略助力单晶LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)材料
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作者 陈彦恒 张志超 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期59-64,共6页
锂离子电池中,由超高镍LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)组成的层状正极材料是实现高能量密度的关键。高镍含量正极材料具有高能量密度、长寿命、低成本优势,商业化需求量很大。高压运行是提高锂离子电池能量密度的有效途径。然而,高... 锂离子电池中,由超高镍LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)组成的层状正极材料是实现高能量密度的关键。高镍含量正极材料具有高能量密度、长寿命、低成本优势,商业化需求量很大。高压运行是提高锂离子电池能量密度的有效途径。然而,高压循环下不可逆的容量衰减使正极材料难获得高效的容量保持率。以Al_(2)O_(3)和TiO_(2)为掺杂物质,经高温固相烧结合成Al/Ti共掺杂的单晶正极材料LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)。用X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电镜对Al/Ti共掺杂的调节机制进行表征和分析。结果表明:Al/Ti共掺杂可有效抑制不可逆相变,促进Li^(+)的传输,稳定材料的层状结构。这项工作揭示共掺杂的关键作用,说明Al/Ti掺杂如何调控正极材料的晶体结构,为开发高性能层状正极提供新思路。 展开更多
关键词 锂离子电池 单晶lini_(0.9)co_(0.05)mn_(0.05)o_(2) Al/Ti共掺杂 层状结构
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锂离子电池高镍三元正极材料LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)的制备与改性
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作者 孔德昊 李卫 +2 位作者 特古斯 吴含 廖波 《广东化工》 CAS 2023年第18期4-7,14,共5页
采用La掺杂和固态电解质Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO4)_(3)包覆对LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)进行改性,研究掺杂和包覆对LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)结构与性能的影响。结果表明:适量的La掺杂可以降低LiNi_(0.9)Co_(0.05... 采用La掺杂和固态电解质Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO4)_(3)包覆对LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)进行改性,研究掺杂和包覆对LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)结构与性能的影响。结果表明:适量的La掺杂可以降低LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)材料的离子迁移阻抗,提高Li^(+)扩散系数,稳定材料的结构,从而提高材料的放电比容量及循环性能,当La掺杂量为0.1 wt%时,首次放电比容量为180.1 mAh·g^(-1),经过100次循环后的容量保持率高达93.34%,远高于未掺杂样品的86.20%。Li_(1.3)Al_(0.3)Ti_(1.7)(PO4)_(3)包覆可以抑制LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)材料与电解液的副反应,减少循环过程中生成的HF对材料的损害,稳定材料的结构,从而提高材料的循环性能,当包覆量为1 wt%时,100次循环后的容量保持率为74.74%,远高于未包覆材料的64.28%。 展开更多
关键词 锂离子电池 lini_(0.9)co_(0.05)mn_(0.05)o_(2) 掺杂改性 固态电解质 包覆改性
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高镍正极材料LiNi_(0.83)Co_(0.12)Mn_(0.05)O_(2)双包覆改性及软包锂离子电池应用研究 被引量:10
5
作者 伍鹏 郭盼龙 +6 位作者 郭力铭 唐志文 范洪生 李素丽 秦典成 周定军 潘跃德 《材料研究与应用》 CAS 2022年第5期812-818,共7页
对电极材料进行包覆改性,是提升锂离子电池能量密度、循环寿命和安全性等重要特性的有效策略。基于高镍三元正极材料Ni_(0.83)Co_(0.12)Mn_(0.05)O_(2)(Ni83),通过纳米ZrO_(2)和纳米B_(2)O_(3)双组分包覆,制备得到了ZB-Ni8_(3)材料,并... 对电极材料进行包覆改性,是提升锂离子电池能量密度、循环寿命和安全性等重要特性的有效策略。基于高镍三元正极材料Ni_(0.83)Co_(0.12)Mn_(0.05)O_(2)(Ni83),通过纳米ZrO_(2)和纳米B_(2)O_(3)双组分包覆,制备得到了ZB-Ni8_(3)材料,并对其材料特性和软包锂离子电池性能进行了研究。ICP-OES元素分析结果表明,ZrO_(2)和B_(2)O_(3)已成功实现包覆,ZB-Ni83材料中锆含量为0.1664%,硼含量为0.0689%。XRD和SEM结果表明,ZB-Ni83材料为具有层状结构和良好结晶度的紧密实心二次球形颗粒,该结构有利于提高材料的振实密度及电解液浸润性。采用ZB-Ni83正极材料的软包锂离子电池具有良好的倍率、循环和安全性能。在2 C条件下,ZB-Ni83电芯的比容量为182 mA·h·g^(-1)、容量保持率为92.6%;在45℃高温循环及截止容量保持率85%条件下,ZB-Ni83电芯的循环次数约为1100次,而原始Ni83电芯的循环次数仅为约600次。对ZB-Ni83电芯进行满电130℃的热箱实验,结果未发生破裂、冒烟、爆炸、着火等现象。本研究为高镍材料的创新和改进提供了实验参考和可行思路。 展开更多
关键词 高镍 三元 正极材料 lini_(0.83)co_(0.12)mn_(0.05)o_(2) 双包覆 软包 锂离子电池
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超高镍三元正极材料LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)的制备及改性研究
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作者 宋慧娟 张龙华 李西安 《热加工工艺》 北大核心 2023年第24期126-131,共6页
采用简易的共沉淀及随后的高温固相烧结法成功合成出了不同Zr掺杂量的NCM90(LiNi_(x)Co_(y)Mn_(1-x-y)O_(2),x≥0.9)单晶正极材料。研究结果表明,掺入晶体结构中具有电化学惰性的Zr同时进入锂层及过渡金属层。一方面,进入到锂层的Zr有... 采用简易的共沉淀及随后的高温固相烧结法成功合成出了不同Zr掺杂量的NCM90(LiNi_(x)Co_(y)Mn_(1-x-y)O_(2),x≥0.9)单晶正极材料。研究结果表明,掺入晶体结构中具有电化学惰性的Zr同时进入锂层及过渡金属层。一方面,进入到锂层的Zr有效地拓宽了层间距,加速循环过程中锂离子的扩散;另一方面,进入过渡金属层的Zr通过与晶格氧的键合作用,形成具有较高键能的Zr-O键,有效稳定材料晶体结构。与所预期一致,改性材料展现出了较为优越的循环稳定性,其中掺杂0.5%Zr得到的LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)-0.5%Zr(NCM90-Zr2)电化学性能最优。NCM90-Zr2在2.95~4.30 V电压范围内、1C倍率下循环200周后,容量保持率为74.1%;进一步提升截止电压至4.50V,材料释放出215.5 mAh·g^(-1)的初始放电比容量,循环100周后,仍保持初始容量的86.9%,表现出优异的高压稳定性。本研究为后续锂离子电池高电压正极材料的发展提供了一定的借鉴。 展开更多
关键词 锂离子电池 lini_(0.9)co_(0.05)mn_(0.05)o_(2)正极材料 单晶结构 Zr掺杂
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聚苯胺纳米点包覆LiNi_(0.8)Co_(0.15)Mn_(0.05)O_(2)正极材料的电化学性能研究
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作者 李建营 李绍敏 +2 位作者 杨茂夏 赵佰庆 刘昊 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第9期9095-9101,9108,共8页
目前高镍材料存在长循环寿命差、安全性能低等问题。表面包覆是提升高镍材料电化学性能的有效手段。本文通过具有导电特性的高分子聚苯胺纳米点包覆高镍正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.15)Mn_(0.05)O_(2)从而提高其循环性能。包覆后的材料在0... 目前高镍材料存在长循环寿命差、安全性能低等问题。表面包覆是提升高镍材料电化学性能的有效手段。本文通过具有导电特性的高分子聚苯胺纳米点包覆高镍正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.15)Mn_(0.05)O_(2)从而提高其循环性能。包覆后的材料在0.2C倍率下100圈循环后容量为184.1 mAh/g,保持率为95.7%。1C倍率下循环100圈后容量为156.3 mAh/g,保持率为88.3%。可见纳米点PANI包覆NCM能提高高镍材料的循环稳定性。实验表明材料循环性能提高的原因在于聚苯胺纳米点包覆可以抑制材料表面副反应的发生以及H2-H3结构相变。 展开更多
关键词 锂离子电池 高镍正极材料 聚苯胺 纳米点包覆 lini_(0.8)co_(0.15)mn_(0.05)o_(2)
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不同前驱体制备工艺对高镍三元正极材料LiNi_(0.83)Co_(0.12)Mn_(0.05)O_(2)的影响研究 被引量:17
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作者 张中彩 王鑫 +2 位作者 吕玉辰 毛秦钟 钱志挺 《稀有金属》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期410-419,共10页
高镍三元正极材料LiNi_(0.83)Co_(0.12)Mn_(0.05)O_(2)因具有较高的能量密度及较低的成本等优势,逐渐成为电动汽车的主流发展趋势。但是随镍含量的升高,材料电化学性能及热稳定性等越来越差,电池的安全性能面临较大隐患。本文选取不同... 高镍三元正极材料LiNi_(0.83)Co_(0.12)Mn_(0.05)O_(2)因具有较高的能量密度及较低的成本等优势,逐渐成为电动汽车的主流发展趋势。但是随镍含量的升高,材料电化学性能及热稳定性等越来越差,电池的安全性能面临较大隐患。本文选取不同工艺合成的前驱体为原料制备正极材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)等手段对材料进行表征分析及电化学性能测试等,得出硫酸铵工艺前驱体制备的正极材料截面内部一次颗粒大小差异较小且颗粒与颗粒之间排序较规整,一次颗粒由内向外呈放射状规则分散分布,锂离子通道更通畅。且该工艺前驱体制备的正极材料具有优异的电化学性能,常温循环1000周及高温循环400周(3.0~4.2 V,1.0C/1.0C)容量保持率分别为93.07%和94.46%,另外,该工艺制备的材料热稳定性(DSC)更优,内阻(DCR)更低,电池产气量更小,电池的安全性能有较大改善。这主要是由于硫酸铵工艺前驱体截面具有较均匀的孔隙,且前驱体峰强比值I(001)/I(101)较小,制备的正极材料一次颗粒由内向外呈放射状分散分布,更有利于锂离子的脱出嵌入及降低长循环过程中颗粒与颗粒之间的应力膨胀,减少微裂纹的产生,提升材料的循环性能和安全性能。 展开更多
关键词 高镍正极材料 lini_(0.83)co_(0.12)mn_(0.05)o_(2) 络合剂 安全性能 循环性能
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废旧锂电池回收过程中氟的迁移及其原位掺杂再生制备LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)正极材料
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作者 王天宇 易晨星 +5 位作者 葛鹏 王丽 孙伟 吴美容 张驰 杨越 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期3433-3444,共12页
氟是废旧锂电池回收难以回避的典型杂质元素,其迁移转化行为复杂,制约了高品质正极材料的可控再生制备.本研究通过揭示废旧锂电池在热解、浸出及高镍LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)材料再生过程中氟的迁移转化规律,为氟的定向调控... 氟是废旧锂电池回收难以回避的典型杂质元素,其迁移转化行为复杂,制约了高品质正极材料的可控再生制备.本研究通过揭示废旧锂电池在热解、浸出及高镍LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)材料再生过程中氟的迁移转化规律,为氟的定向调控及材料的可控再生制备奠定理论基础实验结果表明:热解过程中部分氟(45.71%)以气态热解产物的形式释放到大气中,而另一部分氟(52.34%)则向废三元材料的晶格内发生迁移,并随着湿法浸出溶解到镍钴锰的浸出液中.浸出液中少量的氟会在共沉淀制备前驱体过程中迁移到Ni_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)(OH)2前驱体材料,并随着配锂烧结掺杂到再生LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)材料表面.进一步通过调控氟含量发现,当浸出液中氟浓度控制在0.30 g L^(-1)时,引入到再生LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)材料中的氟不仅不会引起不利相变,而且能够稳定材料结构,从而有效提升再生高镍材料的循环稳定性(1 C电流密度下循环100圈的容量保持率高达95.7%).因此,本研究不仅揭示了废旧锂电池回收过程中氟的迁移转化行为,而且可控再生制备了高性能氟掺杂高镍LiNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)正极材料,为废旧锂离子电池回收过程中氟的调控提供了理论依据. 展开更多
关键词 正极材料 三元材料 废旧锂离子电池 高镍 回收过程 废旧锂电池 循环稳定性 氟掺杂
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In-situ coating and surface partial protonation co-promoting performance of single-crystal nickel-rich cathode in all-solid-state batteries 被引量:1
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作者 Maoyi Yi Jie Li +5 位作者 Mengran Wang Xinming Fan Bo Hong Zhian Zhang Aonan Wang Yanqing Lai 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第2期137-143,I0005,共8页
The poor electrochemical performance of all-solid-state batteries(ASSBs),which is assemblied by Ni-rich cathode and poly(ethylene oxide)(PEO)-based electrolytes,can be attributed to unstable cathodic interface and poo... The poor electrochemical performance of all-solid-state batteries(ASSBs),which is assemblied by Ni-rich cathode and poly(ethylene oxide)(PEO)-based electrolytes,can be attributed to unstable cathodic interface and poor crystal structure stability of Ni-rich cathode.Several coating strategies are previously employed to enhance the stability of the cathodic interface and crystal structure for Ni-rich cathode.However,these methods can hardly achieve simplicity and high efficiency simultaneously.In this work,polyacrylic acid(PAA)replaced traditional PVDF as a binder for cathode,which can achieve a uniform PAA-Li(LixPAA(0<x≤1))coating layer on the surface of single-crystal LiNi_(0.83)Co_(0.12)Mn_(0.05)O_(2)(SC-NCM83)due to H^(+)/Li^(+)exchange reaction during the initial charging-discharging process.The formation of PAA-Li coating layer on cathode can promote interfacial Li^(+)transport and enhance the stability of the cathodic interface.Furthermore,the partially-protonated surface of SC-NCM83 casued by H^(+)/Li^(+)exchange reaction can restrict Ni ions transport to enhance the crystal structure stability.The proposed SC-NCM83-PAA exhibits superior cycling performance with a retention of 92%compared with that(57.3%)of SC-NCM83-polyvinylidene difluoride(PVDF)after 200 cycles.This work provides a practical strategy to construct high-performance cathodes for ASSBs. 展开更多
关键词 Single-crystal lini_(0.83)co_(0.12)mn_(0.05)o_(2) In-situ coating PAA-Li Partial protonation
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