从废旧电池中回收二水磷酸铁再生LiFePO_(4)/C

使用酸浸—加热回流法从废旧磷酸铁锂电池中回收得到二水磷酸铁,将其作为原料并添加一定量的锂源和碳源,通过高温固相法再生了LiFePO_(4)/C,并研究了温度对再生LiFePO_(4)/C电化学性能的影响。首先采用酸浸—加热回流法对废旧磷酸铁锂正极片进行处理生成FePO_(4)·2H_(2)O,洗涤烘干后研磨得到FePO_(4)·2H_(2)O粉末,XRD表征和ICP测试结果显示回收得到的FePO_(4)·2H_(2)O结构完整、纯度较高。然后在FePO_(4)·2H_(2)O粉末中添加碳源,在高温下制备LiFePO_(4)/C材料,对其进行结构与形貌表征以及电化学测试,发现以葡萄糖为碳源、温度为700℃、葡萄糖量为理论生成磷酸铁锂质量的17%时再生的LiFePO_(4)/C电化学性能最佳,0.3 C倍率下再生的LiFePO_(4)/C首周放电比容量可达141.8 mAh/g,循环100周后容量保持率可维持在94.3%。通过与商用LiFePO_(4)/C进行电化学性能对比,进一步验证了该工艺再生的LiFePO_(4)/C有着优良的电化学性能。

新型碳热还原法制备LiFePO_4/C的电极过程

以葡萄糖为碳源,采用一种新的碳热还原法制备LiFePO4/C正极材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等对产物的结构和形貌进行了表征,同时通过循环伏安和交流阻抗等手段研究了LiFePO4/C电极中锂离子的脱嵌过程。结果表明,由循环伏安法计算得到的锂离子的平均扩散系数D0=1.20×10-12cm2·s-1;而交流阻抗测试表明,LiFePO4的电荷转移电阻(Rct)随电极电位变化,在电位平台附近有一个最小值。

电极膜和电流密度对LiFePO_4电化学性能的影响

通过X射线衍射光谱法(XRD)及正交实验方法考察电极膜中活性物质的颗粒大小、粘结剂含量、导电剂含量和充放电电流密度对LiFePO4电化学性能的影响。分析结果表明,采用正交实验方法获得LiFePO4电极膜的最佳组成为:粘结剂质量相对百分含量为5%,导电剂质量相对百分含量为20%,活性物质颗粒度小于0.038mm。

电动汽车退役动力电池中LiFePO_(4)材料再生利用研究进展

随着“碳达峰、碳中和”目标的提出,新型环保的储能器件迎来了极大的发展前景。特别是,锂离子电池(Li B)凭借其能量密度高、使用寿命长等诸多优势在众多储能器件中脱颖而出。磷酸铁锂(LiFePO_(4))材料由于具有热稳定性好、循环次数高、服役时间长、无记忆效应等优势迅速成为电动汽车动力电池正极材料的主流。随着大规模LiFePO_(4)型电池退役浪潮的到来,如何处置和利用这些废旧电池已成为国内外亟需解决的热点问题。以LiFePO_(4)型电池的失效机理为基准,从宏观和微观两个角度分析了废LiFePO_(4)材料再生前后的变化,并从补偿锂和构建还原环境两个维度对废LiFePO_(4)材料直接再生技术的相关研究进展进行了综述,明确提出废LiFePO_(4)正极材料更适合走直接再生的回收路径,以期实现废LiFePO_(4)材料的科学回收。

NiCo_(2)O_(4)修饰的Ti/Co_(3)O_(4)半导体电极光生阴极防腐特性

利用半导体的光电效应以实现对金属的光生阴极保护,是解决金属防腐问题的有效途径。以金属钛为基质,通过二次水热过程制备了Ti/Co_(3)O_(4)-NiCo_(2)O_(4)复合半导体光电极,并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及电化学工作站等分析测试方法对Ti/Co_(3)O_(4)-NiCo_(2)O_(4)的物相结构、理化性质及光生阴极保护特性进行了表征分析。结果表明,水热过程能够实现Ti/Co_(3)O_(4)-NiCo_(2)O_(4)复合半导体光涂层电极的构建。NiCo_(2)O_(4)的引入显著地提高了Ti/Co_(3)O_(4)涂层电极的光电流密度(光生载流子分离效率提高),降低了光电极的开路电位和电荷迁移电阻。光照状态下,当304不锈钢(304SS)与Ti/Co_(3)O_(4)-NiCo_(2)O_(4)涂层电极偶联时,其腐蚀电位由自身的-50 mV负移至-190 mV;而光照状态下304SS与Ti/Co_(3)O_(4)涂层电极相偶联时,其光致电位仅负移至-100 mV。NiCo_(2)O_(4)修饰对Ti/Co_(3)O_(4)涂层电极光生阴极性能的促进作用归因于其更负的导带位置有利于光生电子向偶联的304SS迁移,进而形成阴极防护。

基于过期葡萄糖酸亚铁和废锂箔制备高性能LiFePO_(4)/C正极的研究

近几年,锂离子电池的市场需求剧增,导致原材料价格暴涨。为此,分别将过期葡萄糖酸亚铁和废锂箔与H_(3)PO_(4)反应生成Fe_(3)(PO_(4))2/葡萄糖酸钠磷酸酯和Li_(3)PO_(4)粉末,然后采用磷酸铁工艺制备LiFePO_(4)/C纳米颗粒,并研究其储锂性能。研究结果表明,LiFePO_(4)/C正极在1.0C循环300圈后的可逆容量和容量保持率分别高达129.3mAh/g和97.0%,与商业LiFePO_(4)正极材料性能相当,这可能归功于纳米颗粒及碳层之间的协同效应。该研究降低了LiFePO_(4)的制备成本和环境排放。

LiFePO_(4)-Na_(2)CO_(3)体系焙烧过程物相变化及Li、Fe回收研究

LiFePO_(4)作为正极材料在电动汽车动力电池中获得广泛使用,报废后再利用理论和工艺是当前研究的热点问题。提出了一种采用碱性焙烧联合酸性浸出从LiFePO_(4)中提取Li、Fe的新型回收方法,并对LiFePO_(4)-Na_(2)CO_(3)体系焙烧过程中的物相变化进行了研究。结果表明:LiFePO_(4)-Na_(2)CO_(3)作用体系以质量比1∶0.67混合在800~950℃焙烧,过程是包含化合物分解反应、氧化反应及化合物生成反应等反应类型的复杂反应,焙烧产物的物相组成为Fe2O3、Fe3O4、NaLi2PO4、LiNa5(PO4)2。浸出液使用磷酸溶液(pH=0)、浸出温度50℃、浸出时间60 min、液固比为20 mL/g,并用磷酸控制浸出终止pH=1的条件下,焙烧产物中Li的浸出率均大于98%,Fe的浸出率低于9%。

面向充放电工况的LiFePO_(4)电池迟滞性建模及SOC估计

针对磷酸铁锂电池(LiFePO_(4))平坦的开路电压OCV(open circuit voltage)与荷电状态SOC(state of charge)滞回特性在充、放电切换工况下传统等效电路模型估计OCV存在精度较低的问题,提出电池迟滞建模。为了突出LiFePO_(4)电池考虑滞回特性的必要性,对3种电池模型的复杂性、准确性和适用性进行综合评价和对比分析。结果表明,一阶RC模型不考虑滞回的影响,仅适用纯充电或纯放电的工况;一阶RC滞回模型在一阶RC模型的基础上增加1个滞回量,虽考虑了滞回特性的影响,但滞回量受参数辨识影响较大,OCV估计存在波动;Preisach模型对存在充、放电切换工况的估算精度较好,但训练数据时间成本较高。NEDC(new European driving cycle)充、放电工况下对不同模型结合算法估计SOC,估计误差均在5%以内,其中Preisach误差在3%以内。

干法制备LiFePO_(4)厚电极的电化学性能

为实现更高的能量密度,探究利用干法工艺制备厚电极的电化学性能。通过构建点-线-面三维导电网络,采用干法电极制备工艺,制备138μm、217μm和303μm厚(面密度分别为26.7 mg/cm^(2)、35.0 mg/cm^(2)和47.9 mg/cm^(2))的磷酸铁锂(LiFePO_(4))厚电极。以0.10 C在2.50~4.25 V充放电,电极的可逆比容量分别为157.5 mAh/g、158.7 mAh/g和153.2 mAh/g,接近30μm厚(面密度为1.0 mg/cm^(2))对比电池的158.1 mAh/g。在不同电流下进行50次循环,仅0.50 C和1.00 C倍率下循环的容量受厚度影响。以0.50 C循环时,循环曲线出现“跳水”现象,且发生时间随着厚度的增加而提前,主要是因为厚电极在较大电流下充电时,在负极表面沉积大量高比表面金属锂,导致电池内的电解液干涸。

铕掺杂改善锂离子电池正极材料LiFePO_(4)电化学性能研究

橄榄石结构的LiFePO_(4)正极材料因其多重优势被广泛应用于新能源汽车和储能领域,但其较差的电导率和缓慢的锂离子扩散速率限制了其低温和倍率等性能。元素掺杂被认为是一种改善正极材料倍率、低温等性能的有效策略。采用固相法合成了稀土金属铕掺杂的Li Fe_(1-x)Eu_(x)PO_(4)/C正极材料,并研究了铕掺杂量对Li Fe PO_(4)形貌、结构和电化学性能的影响。结果表明,铕掺杂能够改善Li Fe PO_(4)/C的电化学性能,其中Li Fe_(0.97)Eu_(0.03)PO_(4)/C表现出最佳的倍率、低温和循环性能,其组成的纽扣电池在20C高倍率下放电比容量为95.1 m A·h/g(较Li Fe PO_(4)/C提升57.7%),在低温(-20℃、0.1C)下的放电比容量为81.5 m A·h/g(较Li Fe PO_(4)/C提升73.8%),1C下经200次循环后其容量保持率为96.43%(较Li Fe PO_(4)/C高出2.46%)。X射线衍射分析和扫描电镜分析结果表明,铕的掺入能增大Li Fe PO_(4)的晶胞体积,降低Li和O原子之间的结合能,从而提高锂离子的扩散速率。电化学交流阻抗测试结果表明,Li Fe_(0.97)Eu_(0.03)PO_(4)/C表现出最低的电荷转移电阻和最高的锂离子扩散系数,其锂离子扩散系数比未掺杂的Li Fe PO_(4)/C高出2个数量级,这解释了其出色的倍率、低温和循环性能。

储能用LiFePO_(4)锂离子电池过放电失效分析

过放电失效行为与电池的安全性能密切相关。为提升储能电站的安全性,对磷酸铁锂锂离子电池组(18并)开展研究。模组中如果有1只电池发生热失控,与之相邻的电池会因过放电导致电压均下降至0 V,体积鼓胀,但未发生热失控。X射线计算机断层扫描(XCT)测试结果表明,相邻电芯本体发生明显变形,呈现高低不平的状态,局部区域的极片分离严重,电芯顶部正、负极集流体出现一定的错位。拆解发现,负极两侧活性物质基本完全脱落,剥离后的铜箔局部区域有严重的“灼烧”点。SEM和能量色散谱结果显示:正极表面异常区域存在较高含量的铜元素,且表面覆盖有沉积物,主要为铜离子的堆积物;负极表面异常区域沉积物更明显,主要为锂盐的沉积物;隔膜异常区域表面存在大量的脱落电极材料,隔膜孔隙结构已被完全堵塞。

炭黑-碳纳米管对LiFePO_4电极电子导电性的影响

将零维纳米球状导电炭黑(SuperP)与一维多壁碳纳米管(MWCNTs)按照一定的质量比球磨混合制得复合导电添加剂加入LiFePO_4电极中,通过恒流充放电、电化学阻抗(EIS)等测试方法对电极电子导电性能进行表征,并与使用SuperP或MWCNTs单一导电添加剂进行对比,结果表明,当Super P:MWCNTs质量比为3:2时LiFePO_4电极的导电性最好,此时电池的极化最小、异相电荷转移阻抗最小。

退役LiFePO_(4)正极材料强化解离技术研究现状及展望

随着新能源汽车产业及储能领域快速发展,退役LiFePO_(4)电池的规模化综合回收已成为我国新能源领域可持续发展面临的关键挑战与迫切需求。总结了退役LiFePO_(4)电池正极材料的主要强化解离技术,包括火法冶金、湿法冶金、机械化学、电化学冶金等的原理、优缺点及研究应用现状,进一步阐述了强化解离技术在提高有价组分回收效率、降低成本和减少环境影响方面的创新进展,并对未来发展趋势进行了展望。

电网储能用锂离子电池LiFePO_(4)材料的研究进展与标准化现状

锂离子电池是一种高能量密度的二次电池,具有使用寿命长、体积小、无记忆效应和倍率性能好的优点,是目前性能优良的电网储能器件。LiFePO_(4)作为正极材料在锂离子电池中已实现大规模商用,但限于离子扩散率、电子导电性和振实密度均较低的缺点,亟需进行改性处理以提高LiFePO_(4)电池的电化学性能和储能能力。本工作基于LiFePO_(4)的显微结构、构效关系和充放电机理的研究现状,结合离子掺杂、界面改性以及粒径和微观形貌调控等改性方法,较为系统地论述了近些年LiFePO_(4)的研究进展。同时,本工作还研究了LiFePO_(4)材料的标准化现状,以及标准化对产业发展的影响。

NiFe_(2)O_(4)/rGO电极材料的制备及电催化HMF氧化性能研究

利用五羟甲基糠醛(HMF)电合成的2,5-呋喃二甲酸(FDCA)具有与对苯二甲酸相似的结构和性质,为开发可降解性塑料、减少白色污染提供可能。利用CO_(2)激光成功合成了NiFe_(2)O_(4)/rGO电极材料,其微观形貌呈纳米颗粒镶嵌的氧化石墨烯结构。原位拉曼光谱表明,与Fe_(5)O_(12)/rGO电极材料相比,在HMF电催化氧化过程中NiFe_(2)O_(4)/rGO表面重构为NiOOH和FeOOH物种,证实了Ni的加入使材料更易发生表面重构。表面重构的NiFe_(2)O_(4)/rGO电极材料在100 mA·cm^(-2)时过电位降低至26 mV,且较制氧反应(OER)过电位降低约182 mV。表面重构后的电极材料拥有更大的比表面积,促进了反应物与电极材料的接触。反应物的转化率、目标产物的选择性及法拉第效率分别为99.8%、99.3%和87.6%。本研究为元素加入促进催化材料表面重构进而提高HMF的电催化氧化活性提供了有效途径。

Ti/Ti_(4)O_(7)电极电化学氧化焦化废水中有机物

EAOP(电化学高级氧化)作为一种前景广阔的技术,广泛应用于工业水处理领域,其中阳极材料是EAOP的核心。采用等离子喷涂法制备多孔Ti/Ti_(4)O_(7)电极,对其性能进行结构表征和电化学测试。考察电流密度、通量、电解质种类对处理效果的影响,并对电化学氧化过程及污染物氧化机理进行分析。在最佳实验条件电流密度为15 mA/cm^(2)、通量为400 L/(m^(2)·h)下,选择0.1 mol/L Na_(2)SO_(4)为支持电解质,废水中COD(化学需氧量)的去除率为75.3%,去除1 kg COD的能耗为110.14 kW·h,能够有效去除水中PAHs(多环芳烃)。因此,制备的Ti/Ti_(4)O_(7)电极在电化学氧化实际废水中有机物的工程实践方面具备很强的应用前景。

介孔片层Ni_(2)FeS_(4)纳米结构修饰电极对尿酸的电催化研究

以硝酸镍、硝酸铁为金属源,硫代乙酰胺为硫源,以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)为导向剂,与致孔剂的在不同金属比下用软模板法合成了介孔Ni_(2)FeS_(4)纳米片,在玻碳电极(GCE)上成膜构成尿酸传感器,通过循环伏安法(CV)、电流时间法(I-t)和差分脉冲伏安法(DPV)检测了修饰电极对尿酸的电催化性能,并将其应用于血清中的尿酸检测。探究了Ni_(2)FeS_(4)支持电解液的pH值及扫描速率的与峰电流的关系,研究结果表明,在最优条件下合成并修饰的电极对尿酸有较高的电化学活性、良好的选择性、稳定性和重现性,其线性范围和检出限分别为3~300和0.55μmol/L,用此方法对血清中的目标物进行测定,回收率为95.2%~103.8%。

Fe_(3)O_(4)掺杂改性电极电化学去除Pb^(2+)的效能研究

为了实现水体中Pb^(2+)的高效电化学去除,采用涂覆法将Fe_(3)O_(4)、粉末活性炭、乙炔黑和聚乙烯醇混合后负载于石墨纸上,制备得到了Fe_(3)O_(4)掺杂改性电极。采用差分柱批式反应器模式进行电化学去除Pb^(2+)实验,考察了电压、温度、运行时间、Pb^(2+)质量浓度对去除Pb^(2+)的影响并评估了电极的重复利用性和稳定性。结果表明,所制备的电极表面孔隙丰富,孔径均匀。电压为1.4 V时,运行150 min后电化学体系对Pb^(2+)的去除率达到了98.73%,延长运行时间可以显著强化Pb^(2+)的去除率。在10~35℃的温度范围内,温度升高有利于Pb^(2+)的电化学去除,电化学体系在不同的Pb^(2+)浓度下均有较好的适用性和适应性,随着Pb^(2+)初始浓度的升高,处理单位体积含Pb^(2+)废水的能耗逐渐增加,但去除单位质量Pb^(2+)的能耗反而降低,拟合结果表明Pb^(2+)的去除过程符合准一级动力学。经过8次循环后,电化学体系仍保持原有的Pb^(2+)去除效果。

乳酸基低共熔溶剂浸出废旧LiFePO_(4)动力电池正极材料金属离子的研究

低共熔溶剂作为一种新型的绿色溶剂,在化学、生物、材料等领域展现出广泛的应用前景。文章以废旧磷酸铁锂电池正极材料为对象,研究了氯化胆碱(ChCl)、乳酸(LA)和H_(2)O制备的低共熔溶剂对其金属离子的浸出效果。探索了ChCl/LA摩尔比、固液比、浸出温度及时间等因素对正极材料中锂和铁的浸出效果。研究结果表明在最佳浸出因子为ChCl/LA摩尔比1:3、固液比1:100、浸出温度140℃、浸出时间8 h的条件下,锂和铁的浸出率分别可达92.98%和94.57%。

基于Pt-PDDA/还原石墨烯纳米电极材料的构建及电化学检测4-氨基苯酚

通过Hummer法将天然石墨粉氧化得到氧化石墨,再将其超声分散于去离子水中形成稳定的氧化石墨分散液。为了引入铂粒子并使之与氧化石墨烯片牢固锚定,将氧化石墨分散液与氯铂酸溶液混,合成Pt-PDDA/还原石墨烯(Pt NPs-PDDA/rGO)纳米电极材料。通过红外、紫外光谱分析以及扫描循环伏安曲线、交流阻抗曲线对该复合电极材料进行了表征。由于铂优良的催化性能,聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)的防聚合功能,石墨烯巨大的表面积、优异的电子传导性能及对4-氨基苯酚(4-AP)强大的吸附作用,将制备得到的Pt-PDDA/还原石墨烯纳米电极材料构建电化学传感器,用于对4-AP超灵敏的检测。结果表明,在0.5 mol/L的磷酸盐缓冲液(PBS)中对不同浓度的4-AP进行测定,Pt NPs-PDDA/rGO复合膜修饰的GCE与裸露的GCE和功能化石墨烯(PDDA-rGO)修饰的GCE相比,4-AP的氧化还原峰电流显著增加,表明Pt NPs-PDDA/rGO具有对4-AP的电催化活性。然后对实验条件进行了优化,研究了不同实验条件对电化学传感器性能的影响。结果表明,在最理想的条件下,4-AP浓度在1.00×10^(-5)~1.00×10^(-3)mol/L范围内时,氧化峰电流与浓度呈良好的线性关系,相关系数为0.992 2。最后将其应用于河水和自来水中的4-AP检测,获得令人满意的结果,回收率为98.0%~106.0%。