废旧锂电池负极石墨失效机制及回收利用研究进展

为了满足可持续能源和绿色发展的需求,近年来锂电池市场持续增长,势头迅猛。然而,受限于一定的使用寿命,锂电池退役潮也随之来袭,废旧锂电池不仅会造成资源浪费还会产生严重的环境污染,因此废旧锂电池的回收是不可避免的问题。石墨具有成本低、储量丰富、能量密度高、功率密度大及循环寿命长等优点,是一种理想的负极材料,在锂电池负极材料中占据主导地位。目前关于电池回收的研究主要集中于正极材料中金属的回收,但负极材料的回收问题同样不容忽视。本文通过对近期相关研究的探讨,简单回顾了锂电池回收的现状,着重强调了负极石墨材料回收的必要性,介绍了负极部分的主要失效机制包括其对负极石墨材料所造成的影响和变化,总结了废旧锂电池负极石墨的特点。综述了近年来关于锂电池负极石墨材料回收相关研究进展,包括再生、改性及再利用等方面,指出了负极石墨回收所面临的挑战,并对未来锂电池负极石墨材料回收再利用技术提出了展望,以促进电池产业的可持续发展。

锂离子电池负极石墨回收处理及资源循环

新能源汽车的普及是推动绿色发展、保障能源安全的战略选择,是汽车行业碳减排的重要举措,并且对于我国实现碳中和、碳达峰的目标意义重大。锂离子动力电池作为新能源汽车的核心驱动力,其退役后的清洁处理和高效利用,关系到电动汽车行业能否实现绿色可持续发展。石墨具有可逆容量高、循环稳定性好等优点,被广泛地用于制备锂离子电池负极材料。因此,石墨负极材料的回收处理与资源循环应该引起高度重视。本文从深度净化、选择性提锂和残存电解质去除等角度,对废锂离子电池负极石墨回收处理技术进行了归纳和总结,梳理出再生石墨及其产品的资源循环利用途径,并基于全生命周期评价技术分析石墨回收技术的优缺点。最后,对锂离子电池负极石墨未来的回收处理与资源循环技术挑战和发展趋势进行展望,提出未来应着眼于厘清电池失效机理、实现全组分高效回收、坚持绿色化学新理念、拓宽高值化应用市场的四位一体发展模式。

废旧锂电池负极石墨粉制备石墨烯及其电化学研究

以废旧手机锂电池为前驱体,回收负极石墨粉,并以其原料采用氧化还原法制备了石墨烯。通过FT-IR、XRD对其进行了表征和利用交流阻抗、恒电流充放电等电化学测试方法对其电化学性能进行了测试。结果表明:该石墨烯表现出与文献相近的电化学性能,在电流密度0.5A·g^(-1)下,石墨烯电极材料比电容量为113.2F·g^(-1),经1000次循环后比电容可保持93.2%。

电池负极石墨材料烧成隧道窑的设计和应用

简要论述了电池负极石墨材料烧成隧道窑的设计和使用情况,介绍了炉体密封形式、前后置换机构工作过程、烟气的排放和控制方案等。使用情况证实了设计方案的正确性。

多元包覆石墨复合负极材料的低温电化学储锂性能研究

新能源技术的快速发展对锂离子电池在极端环境的使用提出了更高的要求。目前锂离子电池的低温性能主要受限于石墨负极界面阻抗,导致锂离子的嵌入和脱嵌过程受阻。本文通过液相法将沥青衍生碳和氧化铌颗粒协同包覆在石墨颗粒表面,制备了无定形碳/氧化铌多元包覆石墨复合负极材料(C/Nb-Gr)。调控复合材料制备方法和包覆比例,测试复合负极材料的常温和低温循环性能,对比不同实验方法对复合负极材料电化学储锂性能的影响。结果表明,无定形碳/氧化铌包覆石墨复合负极材料的倍率性能和低温储锂性能有所提升。在室温5C电流密度充放电时,C/Nb-Gr-10材料具有156.18 mAh/g的比容量;在-20℃条件下,C/Nb-Gr-10材料放电比容量为204.60 mAh/g,达到室温放电比容量55.7%的保持率。

锂离子电池快充石墨负极材料研究进展

锂离子电池广泛应用于电动汽车和储能领域,石墨负极材料受制于缓慢的嵌锂动力学和低的工作电位,其高倍率充放电下的容量、稳定性和安全性无法满足快充电池的应用需求。本文分析了快充石墨负极材料面临的主要挑战,着重介绍了石墨负极本征结构和浓差极化等限制其快充性能的内在因素,总结了通过石墨负极结构设计、化学修饰和表面包覆等策略提升石墨负极快充性能的方法,重点分析了增强石墨负极材料中离子电子传输、降低界面电阻等作用机理,展望了快充石墨负极的发展前景。结合现有研究成果,提出硬碳包覆微晶石墨策略,有望从材料设计层面大幅提升石墨的倍率性能,为高功率、高能量密度的LIBs石墨负极材料设计提供指导。

表面包覆碳层孔隙对石墨负极材料倍率性能的影响

为了研究表面包覆碳层孔隙对石墨负极材料倍率性能的影响,引入少量硼酸,在包覆沥青软化阶段形成硼酸气化逸出效应,再通过碳化工艺在天然石墨尾料表面形成具有一定孔隙的包覆碳层,得到具有不同比例孔隙的石墨负极材料。结果表明,硼酸在材料颗粒表面形成了含有孔隙的碳层,其孔隙类型为介孔和大孔;表面碳层中的介孔比例越高,碳层L_(C)中形成Li^(+)的扩散通道数量越多,Li^(+)的扩散阻抗越低,材料倍率性能及循环性能得以改善。

锂离子电池石墨负极失效及其先进表征方法

在便携式设备和电动汽车发展日益受到关注的背景下,锂离子电池凭借其能量密度高、循环寿命长、自放电小等优点成为了大规模应用的商业电池。然而,锂离子电池在使用的过程中存在析锂、短路、热故障以及产气等多种失效形式,造成了锂离子电池容量衰减、电池膨胀、热失控等。因此,揭示电池失效原因对高安全长寿命锂离子电池进一步发展有着巨大的推进作用。本文针对锂离子电池中应用较为普遍的石墨负极,阐述了石墨负极在析锂、高低温、过充等条件下的失效机制,并重点介绍了对于不同失效机制下的先进表征方法,其通过石墨的结构、脱嵌锂时的相变、石墨表面的形貌、负极所释放的热量和反应所产生的气体等多种途径进行分析,总结出四种失效原因主要影响了石墨层间距、石墨脱嵌锂时的相变、活性锂的损耗,另外还会有界面膜生成以及一系列副反应等失效机制。最后,本文归纳了针对各种失效原因的表征方法并进行了分类,同时展望了对于电池失效分析的规范化和标准化,对未来的电池失效分析研究有一定的推动作用。

锂离子电池长循环石墨负极研究进展

锂离子电池在交通和消费电子领域应用广泛,但使用时存在负极活性物质损失导致容量衰减的问题。从锂沉积、固体电解质相界面(SEI)膜和结构变化等角度,阐释锂离子电池石墨负极容量衰减的机理。从材料表面改性、材料结构调控、添加剂和碳材料等出发,综述长循环石墨负极的研究进展,尤其是表面改性的优势。指出长循环石墨负极的发展趋势。

废锂离子电池石墨负极综合回收利用研究进展

综述了废锂离子电池石墨负极的综合回收利用技术,包括湿法、火法-湿法联合以及物理法回收工艺,并对各工艺的优缺点进行了深入分析。特别指出,尽管目前存在多种回收技术,但高效、环保的闭环回收工艺仍面临挑战。探讨了废石墨负极材料的资源化再利用途径,如作为二次电池负极材料、制备石墨烯等,并对未来研究方向进行了展望,旨在为废锂离子电池石墨负极的高值化利用提供理论支持和技术支持。建议未来的研究关注开发简单、高效、清洁的闭环回收工艺,提高石墨负极材料的回收率和纯度,同时减少环境污染。未来研究的热点应包括石墨负极材料的晶格重构修复技术,以及探索石墨负极材料在储能材料、催化剂、吸附剂等领域的新应用。

锂离子电池用非石墨类负极材料研究进展

综述合金材料、过渡金属化合物及硅基化合物作为锂离子电池负极材料的研究进展。合金负极材料在首次充放电过程中面临库仑效率低和容量损失大的问题。通过形态改善和材料结构调控的方式,电池可实现高达99.7%的库仑效率,并在150~200次循环内保持稳定。过渡金属化合物负极,包括氧化物、硫化物和磷化物等,存在体积膨胀和电解质连续分解等问题。通过纳米工程技术和复合材料设计,可提升电化学性能。硅基负极材料的理论容量高,但存在体积膨胀和导电性差的问题。通过微纳米架构设计、硅合金结构控制和预锂化等方法,可提高循环性能和初始库仑效率。

失效锂离子电池石墨负极回收利用研究进展

新能源汽车产业发展是实现我国“双碳”战略的重要举措.石墨因其高导电率、高容量和高稳定性等优点,成为当前主流的负极材料,其需求量和报废量增长迅速.废石墨负极因含多种金属、黏结剂、电解液等,具有污染性和资源性双重特点,其高效清洁回收利用成为人们研究的热点与重点问题.首先介绍了全球石墨矿产资源分布及其消费结构,表明我国石墨资源较为丰富(约占全球15.7%),但产量与消费量全球第一,分别达到65.4%和86.6%,且电池负极消费比重日益增长.为提高石墨负极利用水平,系统综述了石墨负极回收利用研究进展,阐述了石墨负极的再生方法,包括物理法、湿法浸出、火法及其他方法.为进一步提高再生石墨负极的电化学性能,改性技术(如元素掺杂、碳包覆、复合等方法)也受到人们的广泛关注.此外,还概括了石墨负极合成的其他新型功能材料,如石墨烯及氧化石墨烯、电容器、吸附剂和催化剂等,为石墨负极高值利用提供了新的选择.最后,总结了负极石墨材料回收利用的技术瓶颈和面临的挑战,为其绿色高效循环利用提供了研究思路和发展方向.

焦原料类型对人造石墨负极性能的影响

通过采用不同类型焦原料制备人造石墨负极材料,研究了原料技术指标、负极材料技术指标、扣电电化学性能和全电电化学性能之间关系。研究表明,各向同性焦制备的负极材料各向同性程度最高,倍率性能和循环性能较优,但比容量和压实密度较低;中间相沥青焦制备的负极材料各向同性程度较低,比容量和压实密度较高,缺点是倍率性能较差;石油焦制备的负极材料,性能介于两者之间。分析认为,如果采用中间相沥青焦制备石墨负极AG350,可针对颗粒结构和表面包覆进行优化,通过改善倍率性能和循环性能,满足动力电池兼顾能量密度、快充性能和循环性能的需求。

石墨负极界面SEI膜与锂离子电池热失控

随着商用锂离子电池(LIBs)的蓬勃发展,其安全性的欠缺成为日益凸显且亟待解决的问题。作为LIBs事故的重要形式之一,热失控过程与石墨负极固体电解质界面(SEI)膜密切相关。因此,深入了解和精准调控SEI膜的性质成为提高LIBs安全性的前提和重要途径。本文首先对SEI膜的组分、结构,以及形成原理进行了简要介绍,尤其强调了SEI膜在热失控过程中所起的关键作用。其次,探讨了热失控过程中与SEI膜相关的不安全因素及其机理。对SEI膜的分解、锂化石墨的热解、可燃气体的释放、锂沉积、正极过渡金属(TM)对SEI膜的影响几个过程的分析表明,需要同时提高SEI膜自身的热稳定性和Li+在其中的传输能力,才能有效提高电池的安全性能。依据材料的结构和成分、性质、性能之间的决定性关系,对SEI膜的改性进行了广泛研究。调控电解液组分或在负极电极内引入添加剂进而对SEI膜进行原位调控,以及构筑无机或有机组分的人工SEI膜均能够有效调控SEI膜的特性。最后,展望了未来SEI膜的相关研究和调控方向,为提高LIBs的安全性提供了理论依据和实验指导。

一种水性粘结剂在锂离子电池石墨负极中的应用

随着锂离子电池商业化生产要求的不断提高,需要进一步提高电极能量密度,这就意味着活性材料占比将会逐步上升,粘结剂等非活性物质的比例将进一步减小,因此如何在低粘结剂含量下保持极片在电池循环过程中结构的稳定将是极大的挑战。研究了一种应用在石墨负极上的新型水性粘结剂Tinctive E124,并对其组成进行分析,对粘结剂的电解液稳定性、热稳定性、极片微观形貌以及电化学性能如循环性能、储存性能等进行测试,经与商用粘结剂丁苯橡胶(SBR)和羟甲基纤维素(CMC)进行对比,结果表明:Tinctive E124不仅具有电解液吸收率低、热性能稳定等优点;其制备的电极柔性、粘结强度以及电化学性能均表现优异,在低添加量情况下仍能满足商用加工需求,具有极大的商业化应用前景。

锂离子电池石墨负极锂沉积研究进展

全面推进交通运输电气化是实现“碳中和”的根本途径,而以电化学能量储存和转化为核心的电池、电容器等储能技术的开发是其中的重要环节。锂离子电池具有储能密度高、充放电效率高、响应速度快、产业链完整等优点,是最近几年发展最快的电化学储能技术。石墨具有导电性好、成本低、循环寿命长、溶胀率低、安全性高等优点,是锂离子电池负极的首选材料。然而石墨负极金属锂的沉积不仅降低电池循环及快充性能,而且带来电池短路甚至爆炸等安全隐患。本综述概述了石墨负极的电化学动力学过程,总结了依托原位技术对锂沉积机理的解析,讨论了锂沉积过程的影响因素以及解决办法。最后提出了本领域今后发展过程中可能面临的挑战及机遇。

天然鳞片石墨球化尾料的高性能负极材料制备及储锂特性研究

以天然鳞片石墨球化尾料(球化微粉)为原料,将其纯化、与沥青混料、等静压压制成型、碳化、破碎及筛分处理,制备了可应用于锂离子电池的石墨负极材料(SG/C)。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、氮气吸附、激光粒度仪、X射线荧光光谱仪(XRF)及电化学方法等表征测试手段,研究了沥青加入量、碳化升温速率及碳化温度对SG/C材料的理化性能及电化学性能的影响。结果表明,在沥青添加量为10%、碳化升温速率为2℃/min、碳化温度为1000℃的优化处理条件下,所得SG/C-V2-1000材料表现出最优的电化学性能。其在0.1 C倍率下的首次可逆比容量为352.4 mAh/g,首次库仑效率为93.12%;在0.2 C倍率循环400圈后的容量保持率为79%,在0.5 C倍率下循环200圈后的容量保持率为85%。该研究对于实现天然鳞片石墨球化微粉的高值化利用提供了实验依据。

室温下废旧石墨负极负载二氧化锰除甲醛性能的研究

废旧锂离子电池中的石墨负极附加价值低,回收后的石墨粉往往含有重金属、有机物等,对环境具有潜在的危害,亟需资源化的回收方法加以利用。经反复充放电后的废旧石墨负极表面含较多的官能团,结构的无序性增加,是良好的除甲醛材料,但其只能够通过吸附而无法催化降解甲醛。本文采用机械球磨法对废旧石墨负极材料进行改性,并通过水热法负载MnO_(2)制备得到石墨@MnO_(2)复合材料,在室温下实现甲醛的高效去除,甲醛去除率达97.58%。

石墨负极和硅碳负极软包动力电池热失控特性研究

研究三元软包动力电池在不同触发热失控条件下,两种不同负极材料的安全性能特征,对负极材料安全性的选择具有重要意义。以三元材料为正极活性物质,石墨和硅碳材料为负极活性物质,通过设计制造容量为86Ah的软包动力电池来探究采用石墨和硅碳负极两种材料下安全性能的优劣,分别对三元软包电池进行机械滥用、电滥用和热滥用等测试方法来对比石墨负极和硅碳负极的安全性。在针刺实验中,硅碳负极软包电池热失控达到的最大温度在1500℃以上,远超于石墨负极软包电池(1272℃);在过充实验中,硅碳负极软包电池无论是最高温度(87.7℃)还是放热持续时间均比石墨负极软包电池(67.4℃)高;在外部加热引发热失控实验,硅碳负极软包电池(866.2℃)比石墨负极软包电池(801.1℃)热失控最高温度高,同时硅碳负极软包电池温度上升速率相对较快。

浅谈锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展

石墨烯是目前商业化锂离子电池中使用最为普遍的一种负极材料,而且现在不断扩大的市场需求在逐渐对石墨负极材料的储锂性能提出了更好的要求与标准。文章主要针对锂离子电池基本原理和石墨嵌锂机制进行分析概述,同时也针对石墨负极材料理论比容量较低或者是电解液兼容性较差等问题进行研究,提出了一些石墨负极材料的改性方式,而主要改性方式则基本分为表面改性和结构调控两种,而针对两种方式存在的优势文中会详细阐述,并做详细的研究进展分析,最后对石墨负极材料的未来发展前景进行展望。本文主要对浅谈锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展进行分析。