废三元锂离子电池正极材料脱锂渣的淀粉还原浸出动力学

以淀粉为还原剂从废三元锂离子电池(LIBs)正极材料脱锂渣中回收Ni、Co和Mn,并研究其浸出动力学和机理。系统地研究搅拌速率、浸出温度、H_(2)SO_(4)浓度和淀粉用量对Ni、Co和Mn浸出率的影响。结果表明,在搅拌速率为500 r/min、硫酸浓度为1.5 mol/L、淀粉用量为6 g/L、浸出温度为80℃和浸出时间为60 min的优化条件下,Ni、Co和Mn的浸出率分别达到98.07%、96.52%和98.06%。根据冶金过程液固反应动力学模型,脱锂渣的浸出动力学可以用化学反应控制的未反应收缩核模型很好地进行描述。在浸出反应中,Ni、Co和Mn的表观反应活化能分别为93.32、102.84和95.68 k J/mol,H_(2)SO_(4)的表观反应级数分别为0.9225、1.0335和1.1285。淀粉容易制取、成本低,可取代传统还原剂用于从废三元锂电池中提取有价金属。

脱锂态Li_xCoO_2(0.5

研究了随锂离子的脱出,锂离子电池正极材料LixCoO2(0·5<x<1)晶体结构的变化.对高温合成的LiCoO2用强氧化剂NaS2O8化学抽取锂离子,得到几种不同锂含量的脱锂态LixCoO2,并使用X射线衍射和电子衍射进行晶体结构分析.X射线衍射结果表明,在0·5<x<1范围内LixCoO2晶胞参数c发生变化.电子衍射结果表明,脱锂态的LixCoO2(0·5<x<1)中发生了X射线衍射检测不到的锂离子/空位有序排列的相变,从而使晶体结构显著变化,并给出了相应的晶体结构模型.相变在以LiCoO2为电极的电池充放电曲线上表现为电压平台.

天然石墨中的嵌/脱锂离子过程

研究了锂离子在天然石墨中的嵌入 /脱出过程 ,以及电流密度对锂离子嵌入石墨过程的影响。非现场XRD结果显示 ,石墨的层间距随锂的嵌入与脱出发生先膨胀后收缩复原的变化 ;SEM结果显示 ,小电流密度下石墨表面的SEI膜较致密、均匀 ,而大电流密度下的则疏松、不均一 ;恒电流充放电测试结果显示 ,在相同的嵌锂电位下锂与微晶石墨和鳞片石墨所形成的层间化合物 (Li GICs)不完全相同 ;合理的充放电制度有利于小幅度改善材料的大电流充放电性能。

掺杂金属对天然鳞片石墨电化学嵌/脱锂性能的影响

研究化学镀Ni、Cu和混合掺杂Zn处理后天然鳞片石墨的电化学嵌/脱锂性能。结果表明:金属微粒Ni、Cu与Zn的掺入可有效改善天然鳞片石墨的循环性能与大倍率充放电特性,金属微粒有效降低石墨电极内阻、保证石墨颗粒之间紧密的电接触是掺入金属微粒后石墨大倍率充放电性能得到改善的重要原因之一。Ni与Cu微粒改善石墨循环性能的机理与Zn的不同,Cu、Ni通过阻止溶剂化锂离子嵌入维持石墨结构稳定性,来达到提高材料循环性能的目的;金属Zn改善石墨循环性能的原因则可能是嵌锂过程中,Zn锂化所形成Li-Zn合金维持材料表面所形成SEI膜的稳定性。

杂质对天然石墨电化学嵌/脱锂性能的影响

利用恒电流充放电、循环伏安等测试方法,研究了Fe、Si、Al的氧化物杂质对天然石墨嵌/脱锂性能的影响。实验结果显示,如SiO2之类的"惰性"杂质只影响材料的比容量,而诸如Fe2O3之类的"活性"杂质除了会降低锂离子电池的比容量外,还会消耗正极材料中的锂,造成电池的循环寿命缩短;但有的"活性"杂质能改善电池的大电流充放电性能。

氧化体系对LiFePO_4化学脱锂的影响(英文)

化学脱锂被广泛用于研究锂离子电池活性材料脱锂前后结构与性能的相互关系。本文通过改进的固相烧结法制备了粒径约12.61μm的超大颗粒LiFePO4粉末,分别在乙腈和水溶液体系中采用NO2BF4和K2S2O8作为氧化剂对其进行化学脱锂,探讨了两种氧化体系所得到的FePO4在晶体结构、颗粒形貌和电化学性能等方面的差异。实验结果表明,溶剂亦高度参与了脱锂反应,特别是K2S2O8氧化得到的FePO4中存在大量O-H基团,除未被烘干的H2O外,说明LixFePO4(0≤x≤1)在强氧化性水溶液中可能存在质子嵌入。伴随反应过程中搅拌分散、物质溶解、化学脱锂和质子嵌入等协同作用,使所得FePO4的晶胞体积和颗粒尺寸明显减小,最终导致充放电曲线畸变、阻抗增大和容量降低。虽然低温退火可去除大部分O-H,但是不可逆的结构和形貌改变导致电池性能依然无法与初始LiFePO4相比。与此相反,采用NO2BF4有机溶液体系脱锂得到的FePO4没有发生明显的结构、形貌和性能变化,因而是一种更加可靠的LiFePO4化学脱锂体系。

纯化前后天然石墨的电化学嵌/脱锂性能

研究了天然石墨的纯化工艺和纯化前后天然石墨的电化学嵌/脱锂性能。研究结果表明,采用酸浸与加碱烧结相结合纯化工艺可以得到含碳量达99%的纯化石墨,且采用该工艺没有改变石墨的微观结构;与未纯化的石墨相比,纯化石墨的第1次循环效率明显提高,第1次不可逆容量较大幅度降低;纯化前、后的微晶石墨嵌/脱锂电化学性能均比鳞片石墨的嵌/脱锂电化学性能差,这主要是由于2种石墨存在结构差异。

利用过硫酸钠化学抽取制备脱锂态电极材料

介绍了一种通过常规化学反应制备锂离子电池脱锂态电极材料的方法。首先将氧化剂Na2S2O8与锂离子电池电极材料混合于去离子水中,对混合液进行振荡和搅拌,使脱锂反应充分进行,获得不溶于水的脱锂态电极材料和溶于水的其他生成物,然后将溶于水的生成物过滤掉,最后对不溶于水的脱锂态电极材料进行反复清洗并干燥,便获得所需材料。此方法操作简便,容易控制,计算锂含量方便准确,并且可以得到足够量和纯净的脱锂态电极材料,克服了充放电法制备和采用其他氧化剂进行化学抽取制备的缺点。

固相反应制备Li_(2)FeSiO_(4)/C及嵌/脱锂性能研究

本文利用直接高温固相反应,合成制备了锂离子电池正极材料Li_(2)FeSiO_(4)及Li_(2)FeSiO_(4)/C,并研究了碳复合改性对Li_(2)FeSiO_(4)的结构、电导率、嵌/脱锂性能、循环比容量等方面的影响。结果表明,材料的制备工艺流程简单易行,有利于规模化生产;碳复合改性有利于提高硅酸盐正极材料的导电性能,改善材料在成相反应后的粒度分布;特别是碳复合改性有利于提高Li_(2)FeSiO_(4)的嵌/脱锂性能和循环比容量,Li_(2)FeSiO_(4)/C在0.1C倍率下首次放电容量高达120 mAh/g以上,大大高于未经复合改性Li_(2)FeSiO_(4)的20 mAh/g。研究表明,Li_(2)FeSiO_(4)是一种很有研究价值和开发潜力的锂离子电池正极材料,碳复合改性可显著克服该材料在电导率、电化学性能等诸多方面所存在的不足和局限。

脱锂态Li_(1-x)CoO_(2)正极材料的研究进展

本文介绍了脱锂态Li_(1-x)CoO_(2)正极材料的研究进展,分析了脱锂过程中材料的相结构变化过程,以及脱锂后材料的热稳定性,并对比了化学脱锂和电化学脱锂的性能差异。得出研究脱锂态Li_(1-x)CoO_(2)材料的结构和性能,有利于从本质上认识电池内部的作用机理。

5A90合金板材空气炉中间退火工艺研究

研究了中间退火温度、保温时间、冷却速度对5A90合金板材组织与性能的影响。结果表明,5A90合金板材在450~460℃退火保温70 min,快速空冷时,材料综合力学性能最佳。退火过程形成脱锂层组织,脱锂层对力学性能的影响较小。

锂离子电池热失控过程负极放热反应研究

采用热重分析-傅里叶变换红外光谱法(TGA-FTIR)、差示扫描量热法(DSC)和X射线衍射光谱法(XRD)对锂离子电池中石墨负极材料在热失控和热爆炸中的反应机理进行了系统的研究和探讨。研究表明,石墨表面在最初循环中形成的原始固体电解质(SEI)膜具有热不稳定性,在t>70℃时开始分解。而失去了原始SEI膜保护,会导致石墨中嵌入锂和其表面电解液的接触,在高温时形成二次电解质膜。详细讨论了石墨中嵌入锂的数量和石墨颗粒的结构、形状及其层状结构边缘的比表面对二次电解质膜形成的影响。

热力过程对双相Mg-8Li-3Al-0.4Y合金组织和力学性能的影响（英文）

研究热力过程对双相Mg-8Li-3Al-0.4Y合金组织和力学性能的影响。结果表明,铸态合金含有α-Mg、β-Li、AlLi、Al_2Y和MgAlLi_2相,经过350℃退火60 min处理后,冷轧态合金发生了静态再结晶和球化,当退火时间达到90 min时,发生了严重的脱锂。通过优化退火温度和退火时间,得到最佳的退火参数:350℃和60 min,此时合金具有较高的屈服强度(148 MPa)、抗拉强度(184 MPa)和伸长率(35%)。此外,热力过程对α相和β相的织构演变也具有显著的影响。

锂离子电池正极材料Li_xNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2热失控机理研究

采用(DSC)、(TGA)及(XRD)对不同充电状态的正极材料LixNi0.8Co0.15Al0.05O2的热失控机理进行研究。结果表明,LixNi0.8Co0.15Al0.05O2材料在高温时晶体结构将变形、倒塌并释放出部分游离氧,导致有机电解液燃烧,释放出大量热量,并计算出DSC曲线中四个放热峰的活化能依次为:154、169、126、141 kJ/mol。

Li_2MSiO_4作锂离子电池正极嵌锂插层的研究进展

对国内外聚阴离子型化合物硅酸盐Li2MSiO4(M=Fe,Mn,Ni,…)正极材料的研究进展进行了综述,着重从材料的制备与结构改性、嵌/脱锂特性、晶型结构等方面进行阐述。最后讨论硅酸盐正极材料所面临的挑战,并指出改善其综合性能的途径。

LZ63和LZ113合金板材室温力学性能与显微组织演变

采用熔铸、均匀化、热轧和冷轧方法制备了新型Mg-6Li-3Zn和Mg-11Li-3Zn合金板材.研究了合金的室温力学行为、热轧组织与热轧脱锂现象.两种合金的室温抗拉强度和拉断真应变分别为208MPa,0.13和170 MPa,0.375.真应力-真应变曲线表明Mg-6Li-3Zn合金室温变形发生加工硬化,而Mg-11Li-3Zn合金室温变形发生加工软化.Mg-11Li-3Zn合金中β相室温处于回复温度、β相层错能低和β相中Li原子的快速扩散降低了位错的产生速度是该合金加工软化的原因.热轧组织由带状晶粒组成.显微组织研究发现Mg-11Li-3Zn合金573 K热轧过程中发生严重的"脱锂"现象和出现大量α相现象.脱锂是锂原子扩散速度极快造成的.脱锂造成α相增多,β相减少.

海卤水电场辅助选择性提锂研究

锂是非常重要的资源,海卤水的锂离子含量十分巨大,高效、低能耗地提取锂离子非常重要。电场辅助锂离子选择性提取技术在能源效率、阳离子选择性、绿色无污染、循环稳定性等各项指标面前具有明显优势。对锰酸锂制成的电极进行恒压脱锂制成尖晶石二氧化锰电极来进行锂的提取,以尖晶石二氧化锰作正极提锂有较好的可逆性。卤水中含有钠离子、锂离子、镁离子等多种阳离子,其中钠离子无法在尖晶石二氧化锰中进行嵌脱过程。通过循环伏安分析法扫描出的峰电流随扫描圈数的增大而减小,随扫描速率的增大而增大。卤水中锂离子的扩散系数比氯化锂溶液中要小。

锂离子电池硅薄膜电极充放电形态实验研究

硅基电极材料因其比容量高、低脱锂电位和低成本等优点被认为是最具有潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。然而,硅电极在嵌锂/脱锂过程中会产生巨大的体积膨胀,从而引起电极结构的力学损伤,使其力学和电化学性能大幅度衰减,最终影响电池寿命。因此,针对硅薄膜电极在充放电过程中的变形和损伤演化行为开展研究是非常必要的。本文采用射频磁控溅射方法沉积的非晶硅薄膜作为工作电极,以CR2032型纽扣电池为原型,设计了电极可视化纽扣电池,利用激光共聚焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscope,LSCM)系统,结合数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)方法对硅薄膜电极在嵌锂/脱锂过程中的全场变形进行在线测量。基于实验数据中电极应变场和荷电状态(State of Charge,SOC)的关联关系,分析了硅电极在充放电过程中的力电耦合效应。本文结果为进一步研究硅薄膜电极在电化学循环过程中的变形及损伤提供了实验基础,对改进和优化设计新型高性能高容量的锂离子电池具有一定意义。