三元锂正极材料电化学性能及回收技术分析

“双碳”目标出台后,新型能源在能源消耗结构中的占比迅速提高,锂离子电池(LIBs)储能市场也稳步发展,动力电池也进入了报废高潮。而正极作为电池性能提升的关键性因素更是受到了国内外的广泛关注。为了兼顾正极材料的容量、结构稳定性、安全性,以及回收其中的有价金属,本文特针对NCM三元正极材料的现存问题进行分析,深入学习了电化学性能改性和回收等技术,并针对现有技术的不足提出改进思路,为之后的研究提供参考。

富镍三元层状正极材料表面残碱去除工艺:研究进展、挑战及展望

富镍LiNi_(1-x-y)Co_(x)Mn_(y)O_(2)(NCM)/LiNi_(1-x-y)Co_(x)Al_(y)O_(2)(NCA)三元层状正极材料因其比容量高、成本低等优势,被认为是最具前景的锂电池正极材料之一。但由于其对空气中H_(2)O和CO_(2)的敏感效应,表面易生成残碱化合物LiOH/Li_(2)CO_(3)(RLCs),而RLCs的存在会急剧恶化富镍三元材料热稳定性能和电化学性能,致使其大规模商业化应用面临严峻挑战。本文首先综述了RLCs的组成和形成机理,并系统概括RLCs引起的微裂纹扩展、Li^(+)/Ni^(2+)混排、界面副反应和晶格相变等材料失效机制以及常用RLCs去除策略;重点阐述去离子水洗涤、无水乙醇洗涤、溶液洗涤及后续一体化处理等三种RLCs去除工艺的研究进展及对材料结构、形貌及电化学性能的影响机理。最后,归纳总结上述溶液洗涤去除RLCs策略的特点,并对富镍NCM/NCA三元层状正极材料表面残碱去除工艺的未来研究方向进行展望。

Mo-Si-C三元体系复合材料的示差扫描量热法研究

采用示差扫描量热法(DSC)研究了Mo-Si-C三元体系复合材料加热时的反应过程及反应速率、相的形成规律等问题。结果表明,利用Mo、Si和C混合粉末可以制备出SiC/MoSi2两相复合材料;随着升温速率的提高,过渡相的生成量减少;Mo、Si、C混合粉末在加热过程中,温度从低到高依次形成的过渡相为Mo2C-Mo3Si-Mo5Si3-MoSi2-SiC。

三层材料微悬臂梁模型及其在红外焦平面像元设计中的应用

双材料梁因其良好的热机械特性作为敏感部件被广泛用于热能传感器中.采用微电子工艺实现的双材料梁通常由金属和非金属作为主要功能材料构成,若两层材料之间粘附性差,则需加入一层粘附材料.根据材料力学热应力和弯拉组合理论,建立了用于分析具有中间粘附层的复合双材料(即三层材料)微悬臂梁的关于材料物理参数、结构尺寸与梁受热弯曲产生转角关系模型;利用此模型和工艺中常用材料,研究了三层材料微悬臂梁的材料选取、各层材料厚度匹配等优化设计问题.通过对像元仿真和对硅工艺制造的红外焦平面阵列(IRFPA)芯片进行测试,验证了模型的正确、合理和适用性.

共沉淀法制备镍钴锰三元材料前驱体的研究进展与趋势

镍钴锰三元材料是近些年发展起来的新型正极材料。要满足三元正极材料高比容量、高倍率、长循环寿命等要求,前驱体的物理质量至关重要。本文对共沉淀法生产三元材料前驱体工艺技术研究进展进行评述,指出提高产品物理质量是目前研究方向之一,并介绍了本课题组关于高物理质量镍钴锰三元材料前驱体的研究结果。

三元正极材料Li[Ni-Co-Mn]O_2的研究进展

综述了三元材料近几年国内外的研究状况,介绍了三元材料的结构与电化学性能的内在联系,探讨了不同的制备方法、不同的改性技术对材料性能的影响,并讨论了三元材料的应用前景。

水洗时间对高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2三元材料性能的影响研究

利用溶液洗涤法和高温真空干燥处理法,在水溶液中对高镍LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(LNCM)三元材料进行洗涤,并进行高温真空干燥处理。通过化学分析法、BET测试仪、XPS和SEM分别对高镍LNCM三元材料的pH值、可溶锂含量、BET、物相结构和表面形貌进行了测试,重点研究了水洗时间对高镍LNCM三元材料物理和电化学性能的影响。结果表明,采用水洗和高温真空干燥处理工艺,可有效去除高镍LNCM三元材料表面残余Li2CO3和LiOH,其原理主要是基于Li2CO3和LiOH的溶解机理,而非物理摩擦洗涤机理;随着水洗时间继续延长,水洗液的pH值和材料的比表面积缓慢增加,而材料表面残碱、材料的放电容量、循环保持率和倍率性能却逐步降低。因此选择水洗时间为2 min最优,此时水洗液的pH值增加至12.04,材料的BET增加至0.3043 m^2/g;材料表面的Li2CO3含量降低为0.1043%,LiOH含量降低为0.1382%;放电容量为203.8 mAh/g;1 C循环50圈后,材料的容量保持率为86.23%;5 C倍率下放电,仍保持有2 C初始容量的84.5%。

LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2三元正极材料表面残锂和pH值的后处理控制研究

利用溶液洗涤法,在水、水和乙醇溶液中对LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2三元正极材料进行洗涤,120℃烘干后,400℃回火热处理4h,得到处理后的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2三元正极材料。利用化学分析法、比表面分析仪、XRD分别对处理后的LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2三元正极材料进行pH值、可溶Li含量、BET、物相结构进行测试。结果表明,采用水洗涤和回火热处理的后处理工艺,LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2三元正极材料的pH值由11.5降至11以下,可溶Li含量由4×10^(-4)左右降至2×10^(-4)左右,比表面积控制在0.5m^2/g以下;材料的物相结构没有发生变化;材料的放电容量和倍率性能基本和原样相当。

LiNi_(x)Co_(y)Mn_(1-x-y)O_(2)三元正极材料及表征手段概述

三元正极材料LiNi_(x)Co_(y)Mn_(1-x-y)O_(2)(NCM)具有较好的综合性能,是电动汽车领域最具发展前景的锂离子电池正极材料之一。表征是材料研究的必要过程,综述了NCM三元正极材料的表征手段,并对NCM三元正极材料的发展前景进行了评价和展望。

Cu-Sn-Sb三元复合电极的电化学性能研究

实验对比了分别以化学还原法、球磨法和机械合金法所制备的Sn-Sb、Cu-Sn及Cu-Sn-Sb三种材料的电化学性能,相比之下,Cu-Sn-Sb三元复合材料具有较优越的综合电化学性能。未经热处理电极的电化学性能较差,而电极经热处理改性后具有良好的循环性能,首次锂脱出容量为534mAh·g-1,电极循环80次后容量还能维持在207mAh·g-1。材料的嵌锂态阻抗谱研究表明,随着嵌锂电位的降低,活性物质颗粒表面的SEI膜呈增厚趋势,并且电极内电荷的转移也经历从容易到困难再变得容易的过程。

贮热材料PG-PE二元体系相图的构筑

多元醇在固固相变时能够可逆地吸收大量的热,因此可与建筑材料复合用作贮热介质,特别是三羟甲基乙烷(PG)和季戊四醇(PE)构成的二元体系,有很宽的适宜于太阳能贮存的温度范围.现利用差示扫描量热及变温红外光谱技术测定了PGPE二元体系相图,确定该相图为完全互溶型,并讨论了结构对多元醇互溶度的影响.相图的构筑为贮热材料的应用提供了理论基础.

基于边界元法的三相声子晶体能带结构的计算

发展了计算二维三组元局域共振型声子晶体带隙结构的边界元法,该方法在一个单胞内分别对基体和含有包覆层的嵌入体(三相材料)建立边界积分方程,在基体边界上施加Bloch条件,并考虑不同相之间的界面条件后得到一个线性的特征值方程。该方法的计算结果和对应的二组元体系计算结果进行了比较,结果表明,在三相体系中声波发生局部共振,此时中间包覆层材料的作用类似于一个软弹簧;而且由于包覆层材料的密度很低且声速很小,所以对应的系统共振频率较低,使声带隙出现在较低频段。另外,本文还分析了"包覆层"材料的特性以及边界元法计算三组元声子晶体的特点。

第三组元对稀土富过渡族金属CaCu_5型衍生化合物的稳定作用

根据国家自然科学基金重点项目“新型稀土功能材料探索”的部分研究结果,并结合文献的有关报道,从第3组元M与稀土元素和Fe,Co的混合焓,原子半径,电负性和电子组态等方面讨论了M对La_2(Co,M)_(17),R(Fe,M)_(12)和R_3(Fe,M)_(29)化合物成相规律和稳定作用,混合焓和原子半径对M在结构中的占位和形成稳定相M的含量分别起主要作用,M的占位和浓度对化合物的磁学性能有显著的影响,本综述对探索新型稀土-过渡金属功能材料和改善性能提供有益的参考。

第三组元对爆炸压实CuCr合金性能的影响

采用机械合金化工艺由Cu、Cr及添加第三组元素粉按一定质量比合成CuCr及CuCrM (M =W ,Fe)预合金粉 ,尔后用爆炸压实工艺制备电触点材料CuCr合金。着重研究了第三组元对爆炸压实的CuCr合金性能的影响。结果表明 ,添加W提高爆炸压实的CuCr合金的密度 ,添加Fe稍微降低其密度 ;添加W或Fe都能显著提高CuCr合金硬度 ,并且添加Fe提高得更明显 ;添加W或Fe都会显著降低CuCr合金的电导率 。

Sm-Fe-Si三元合金电学性能的研究

稀土元素Sm在FeSi2 基合金中以SmSi1 .4 金属相存在。Sm对 β FeSi2 基热电材料的电学性能有显著影响 :对于Fe1 -xSmxSi2 材料 ,当x <0 .2时 ,样品呈现出p型半导体性质 ,其功率因子随x的增加而减少 ;当x >0 .2时 ,样品呈现出n型半导体性质 ,其功率因子随x的增加而增大。Fe0 .6 Sm0 .4 Si2 的功率因子达到 β FeSi2 的 5倍左右。

熔炼-球磨二步法制备Fe-Mn-Si三元合金

用熔炼-球磨二步法制备了Fe-Mn-Si三元合金粉末。对试样进行了XRD、SEM分析和电化学性能测试。试样中存在两相和三相化合物,颗粒尺寸随着Si含量[w（Si）]的增加而增大。随着w（Si）的增加,试样的首次充放电比容量上升,但首次不可逆容量损失增加。以30 mA/g的电流在0.01-1.50 V循环,w（Si）为65%、50%、40%的试样的充电比容量分别为213.9 mAh/g、51.9 mAh/g和45.3 mAh/g,不可逆容量损失分别为67.5%、59.9%和50.8%。

十五元三烯大环的合成及其改性聚丙烯亚胺

以1,4-二溴-2-丁烯、4-氟苯磺酰胺、2,4,6-三异丙基磺酰胺为主要原料,采用5步法合成一种含氮的十五元三烯大环化合物———(E,E,E)-1,6-二[(2,4,6-三异丙基苯基)磺酰基]-11-[(4-氟苯基)磺酰基]-1,6,11-三氮环十五烷-3,8,13-三烯。进而使用十五元三烯大环化合物改性2.0代的聚丙烯亚胺树状聚合物(2.0G PPI,实验室自制)的外围基团,制备聚丙烯亚胺杂化树型聚合物。利用核磁共振波谱和红外光谱表征了中间产物和目标产物的结构,结果表明,所得中间产物和目标产物均符合分子设计要求,合成路线合理可行。

进程可编辑的NCM前驱体洗分装置自动控制系统的设计与应用

NCM三元镍钴锰正极材料与钴酸锂正极材料相比,具有成本低、环保性好、容量高、循环性能好等优势,被称为是第三代锂离子电池正极材料。从三元湿料到干料过程中,主要包括过滤、陈化、洗涤、吹干、输送等工序。本文结合实际项目,介绍一种以板框压滤机为洗分工序的主体设备,配合阀站、仪表和控制系统,经由螺旋输送至干区直至包装,洗分工序涉及进浆、压榨、洗涤、吹干、输送等工序。该系统克服了传统洗分方式需要大量的现场人员干预,操作繁琐、指标不稳定的缺点,在实际应用中取得了良好的使用效果,实现了三元锂离子电池正极前驱体洗分系统的无人监管、自动控制,稳定了生产工艺流程,减少了现场人员工作量。

粒料固有各向异性的离散元模拟与细观分析

粒料在摊铺后形成的颗粒定向排列将导致其力学性质的固有各向异性.依据粒料的实际不规则形状,构建了可模拟粒间咬合嵌挤作用的三维离散元复杂形状颗粒;生成了5种不同沉积方向的各向异性试件和1种各向同性试件,对比了各试件在三轴压缩试验中的宏观力学特性差异;引入组构张量以量化各向异性程度,利用玫瑰图表达接触法向与接触力的分布特征,探究了粒料各向异性的细观发展规律.结果表明:颗粒长轴愈趋向水平排布,峰值应力比愈大,剪缩与剪胀程度愈明显;相较于各向同性试件,沉积角θ为0?时,峰值应力比和最大体积压缩应变分别提高了12.6%和18.8%,其原因在于加载过程中颗粒旋转和滑动百分比更小,内部调整时间更短、更易被剪密;固有各向异性对颗粒法向接触力分布的影响不大,但显著影响接触法向分布特征;剪切过程中,θ为90?时的接触法向各向异性系数先快速减小后逐渐增大,而θ为0?到60?时则呈现出增大后稍有回落或趋于稳定的趋势,且θ愈小的试件各向异性系数增大愈快.

Bi对Pb-Al层状复合电极材料制备与性能的影响

采用热物理温度场浸镀成Al-Bi双金属层状板材,并利用液固包覆技术制备Pb-Bi-Al层状复合电极材料,借助线性扫描伏安法(LSV)、SEM、抗弯曲性能试验等测试手段对样品的结构与性能进行表征。结果表明,第三组元过渡金属Bi的引入,实现了Pb与Al之间的冶金结合,所制得的Pb-Bi-Al层状复合电极材料与同体积的传统Pb合金电极相比,机械强度提高33.7%,质量减轻11.0%,电极极化电位降低21.8%,且在极化区具有趋近于0的致钝电流。因此,Al-Bi-Pb层状复合电极材料是一种质量轻、导电好、强度高、耐腐蚀的电极材料,有着重要的开发应用前景。