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。

磷酸盐涂层对Ti65合金抗高温氧化性能的影响研究

本文通过在Ti65钛合金表面制备Al/AlPO_(4)和Al+AlPO_(4)/SiC+AlPO_(4)两种磷酸盐涂层改善钛合金的抗高温氧化性能。通过对比研究Ti65钛合金和两种涂层样品高温氧化行为,结合SEM/EDS对涂层氧化前后组织形貌、微区成分等表征分析以及显微硬度测试,分析氧化对Ti65及涂层样品氧扩散深度的影响。650℃准等温氧化实验表明,两种磷酸盐涂层准等温氧化动力学曲线均符合抛物线规律,Ti65合金氧化增重为1.04 mg/cm^(2),Al/AlPO_(4)氧化增重为0.36 mg/cm^(2),Al+AlPO_(4)/SiC+AlPO_(4)氧化增重为0.25 mg/cm^(2),氧化增重显著降低,且Al/AlPO_(4)+SiC/AlPO_(4)复合涂层的抗高温氧化性能最好。涂层与基体之间由机械结合变成冶金结合,改善了高温钛合金的抗氧化性,防止高温钛合金基体氧化造成的硬度升高现象。磷酸盐涂层明显改善了Ti65合金的抗高温氧化性能。

高温固相修复再生磷酸铁锂正极材料研究进展

磷酸铁锂电池作为广泛应用的锂离子电池之一,其关键电极材料的高效回收循环利用在资源、环境、经济等方面具有重要的战略意义。高温固相修复技术能够实现磷酸铁锂正极材料短流程、低成本、高效率、绿色环保的循环利用,获得了广泛的关注和研究。针对高温固相修复再生磷酸铁锂正极材料,介绍了此类材料的电化学性能失效机理,从锂补充、缺陷修复和强化锂的迁移等方面对磷酸铁锂正极材料的修复机理进行了分析;阐述了焙烧温度、保温时间、补锂量等修复再生工艺参数对高温固相法修复磷酸铁锂正极材料的影响;分析了表面包覆和离子掺杂对提升磷酸铁锂正极材料电化学性能的影响和机理;并对高温固相修复法修复磷酸铁锂正极材料的可控制备、杂质控制和材料改性等方面的未来前景进行了展望。

磷酸盐陶瓷涂层耐高温冲蚀磨损性能研究

[目的]垃圾焚烧炉锅炉管道面临严重的高温冲蚀磨损问题,本文研究了磷酸盐陶瓷涂层的耐高温冲蚀磨损性能,以期实现对垃圾焚烧炉锅炉管道的长寿命保护。[方法]以浓磷酸、氢氧化铝、氧化镁和氧化锌为原料,在12Cr1MoV钢表面制备了磷酸盐陶瓷涂层。在不同冲蚀颗粒质量和冲蚀角下对涂层进行高温冲蚀磨损试验,利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)研究了磷酸盐陶瓷涂层的微观组织结构和冲蚀磨损形貌,探究了涂层的高温冲蚀磨损机理。[结果]磷酸盐陶瓷涂层的冲蚀质量损失随着单位时间内冲蚀颗粒质量的增加而线性增大,涂层磨损率最大时的冲蚀角是90°,随着冲蚀角减小,冲蚀率逐渐减小,冲蚀区域由圆形变为椭圆形。涂层表面在冲蚀后出现许多凹坑,冲蚀角越大则凹坑越深、越明显。[结论]磷酸盐陶瓷涂层在高温冲蚀磨损试验中符合脆性材料的冲蚀磨损规律,它适用于垃圾焚烧炉锅炉管道防护领域。

磷酸镁水泥高温性能研究进展

磷酸镁水泥(MPC)具有良好的高温性能,在钢结构防护、放射性和危险废物固化等领域具有良好的应用前景,在高端设备热防护和飞行器热障涂层等高温场景也具有良好的应用潜力。本文综述了MPC的水化机制及其在高温状态下的物理力学性能和水化产物的演化规律,总结了MPC在钢结构防火以及放射性和危险废物固化等领域的应用基础研究进展和存在的问题,从绝热性能、力学性能和高温体积稳定性三个主要方向给出了进一步改善MPC高温性能的建议,期望能够为促进MPC在高温场景的实际应用提供参考。

磷酸基地聚合物抗硫酸盐侵蚀及耐高温性研究

为制得一种高耐久、低p H值且能够对裂隙和碎岩有效支护的密封/加固材料,以偏高岭土为前驱体原材料,磷酸和磷酸二氢铝(ADP)为激发剂制备了磷酸基地质聚合物。分析了地质聚合物试样的抗硫酸盐侵蚀性能,并检测不同温度煅烧后试样的抗压强度及相应物相和微观形貌的变化,以评价其耐高温性能。结果表明,磷酸基地质聚合物具有较好的抗硫酸盐侵蚀性,在10%硫酸钠溶液中浸泡不同龄期后抗压抗蚀系数均高于1.0。此外,地质聚合物具有良好的耐高温性能,经150℃煅烧1 h后,A100试样的抗压强度较煅烧前增加30.4%,经1 050℃煅烧1 h后不同组别试样的抗压强度仍保持在15 MPa以上。

磷酸酯基高温电解液在锂金属二次电池中的应用

采用双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)和磷酸三丁酯(TBP)配制了高浓度电解液LiFSI/TBP,研究了其在锂金属电池应用中的高温电化学性能。通过阻燃、热重、拉曼等测试分析了电解液的物化性质,并组装CR2032型扣式电池考察了电解液在不同温度下的电化学性能。为了进一步评估电解液的实际应用,装配了1.4 Ah的18650型Li||LiFePO_(4)电池,在125℃以1/5 C倍率放电,循环10次后容量保持率为83.4%,展示出优异的高温电化学性能。

GdPO_(4)∶Tb^(3+)荧光粉的制备及发光性能研究

稀土Tb^(3+)掺杂磷酸钆(GdPO_(4))绿色荧光粉是实现白光LED的潜在荧光粉,其常规水热法的制备存在反应时间较长、Tb^(3+)的掺杂量偏低等问题。本文采用水热法结合高温烧结制备了一系列Gd_(1-x)PO_(4)∶xTb^(3+)(x=0、1%、5%、11%、13%、15%、17%、19%)样品,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)-能谱仪(EDS)、红外光谱仪(FT-IR)和荧光分光光度计对所得样品的相结构、形貌、元素组成、光学吸收和发光性能进行了表征。研究结果表明,所合成样品均为GdPO_(4)的纯相,属于单斜晶系独居石结构,且Tb^(3+)均匀分布在GdPO_(4)基质中引起晶格收缩。在274 nm的光激发下,GdPO_(4)∶Tb^(3+)荧光粉的最强发射峰位于545 nm处,属于Tb^(3+)的^(5)D_(4)→^(7)F_(5)跃迁,且其荧光猝灭摩尔分数高达15%,此样品(GdPO_(4)∶15%Tb^(3+))表现出优异的绿光发射和良好的热稳定性。

γ-TiAl基合金用Al_(2)O_(3)-SiC-AlPO_(4)复合涂层抗高温氧化性能研究

目的通过表面涂层提高γ-TiAl基合金的抗高温氧化性能。方法采用常规喷涂涂料法在γ-TiAl合金基体上制备Al_(2)O_(3)-SiC-AlPO_(4)磷酸盐复合抗高温氧化涂层。研究γ-TiAl合金和涂层样品在900℃、静态空气条件下的准等温氧化动力学行为。用XRD和SEM/EDS分别对涂层样品氧化前后的物相组成、组织形貌和微区成分进行表征分析;用电子探针(EPMA)分析涂层样品的元素分布情况。结果900℃恒温氧化动力学研究结果表明,γ-TiAl基合金初期氧化速率常数为32.501×10^(-2)mg/(cm^(2)·h^(1/2)),与后期氧化速率常数28.113×10^(-2)mg/(cm^(2)·h^(1/2))基本接近,呈直线规律,不具有抗氧化性能;而Al_(2)O_(3)-SiC-AlPO_(4)磷酸盐复合涂层样品氧化后期氧化速率常数为5.967×10^(-2) mg/(cm^(2)·h^(1/2)),与氧化初期8 h内氧化速率常数23.941×10^(-2) mg/(cm^(2)·h^(1/2))相比,明显降低,遵循典型抛物线规律,具有抗氧化性能。微观分析结果表明,原始涂层与γ-TiAl合金基体结合紧密,涂层主要相组成为Al_(2)O_(3)、SiC、SiO_(2);AlPO_(4)以无定形状态构成涂层连续相。氧化后,AlPO_(4)演变成晶态,形成涂层致密的网络结构;部分基体钛元素扩散进入涂层中疏松部位,氧化后形成TiO_(2)弥散分布在涂层中,填补了涂层疏松部位,使涂层更加致密;在涂层与基体界面2μm区域内形成连续致密Al_(2)O_(3)膜,阻挡了空气中的氧进一步扩散进入基体。结论Al_(2)O_(3)-SiC-AlPO_(4)复合涂层有效降低了γ-TiAl基合金氧化速率,有助于形成保护性Al_(2)O_(3)膜,明显改善了900℃γ-TiAl基合金抗高温氧化性能。

SOC对锂离子电池存储性能影响及K值筛选工艺

锂离子电池荷电状态(SOC)和老化工艺对电池的存储性能以及模组电池的制备和性能具有重要影响。研究SOC对磷酸铁锂锂离子电池存储性能的影响。高温(60℃)长时间存储时,随着SOC降低,电池的产气变严重,负极上发生的副反应是产气的主要来源。在30%SOC下,电池处于产气较少的理想存储状态。在30%SOC下,通过调整45℃高温和常温老化时间对K值筛选工艺进行优化。高温老化有利于区分不同自放电速率的电池。模组充放电一致性测试表明,随高温老化时间的延长,模组充放电压差减小,电池一致性提高。实验结果为磷酸铁锂锂离子电池长期储存、运输和制备提供参考。

磷渣酸高温活化低品位磷矿制备聚合态磷肥

以低品位磷矿和磷渣酸为主要原料,采用高温煅烧方法对其进行活化,制备了一种聚合态磷肥,通过单因素试验对反应条件进行了探索,得到的适宜反应条件为:聚合反应温度600℃、聚合反应时间40 min、原料配比m(酸P_(2)O_(5))/m(矿P_(2)O_(5))为2.5。在此条件下制备得到的聚合态磷肥为疏松多孔的块状结构,其中聚合磷质量分数为35.70%、聚合率为86.47%,有效磷质量分数为36.40%、占总磷的88%,钙、镁的有效占比分别为60.3%和75.6%,溶解试验结果显示该聚合态磷肥主要以枸溶性为主。

基于高速球磨法的磷酸锰锂正极材料制备及Fe掺杂性能研究

锂离子电池具有较高的能量密度及倍率性能,已成为新能源汽车的首选电池应用体系。其中LiMnPO_(4)正极材料具有安全性能好、成本低等优点,是锂离子电池中的主流材料之一,但由于其导电性较差、电化学性能不理想,制约了其市场应用。本文基于高速球磨法制备了LiMnPO_(4)正极材料,考察了球磨时间和焙烧温度对材料电化学性能的影响,结果表明:当球磨时间为20 h时,在0.1 C倍率下LiMnPO_(4)正极材料的首次放电比容量可达162 mA·h/g,在1 C倍率下经过100周循环后的容量保持率可达94.3%;当焙烧温度为750℃时,LiMnPO_(4)正极材料经过100周不同倍率循环后,在2 C倍率下放电比容量仍可达132.3 mA·h/g。采用Fe掺杂制得LiMn_(1-x)Fe_(x)PO_(4)正极材料,在最佳掺杂量为30%的条件下制得的LiMn_(0.7)Fe_(0.3)PO_(4)正极材料首次放电比容量达165 mA·h/g,经过100周循环后的容量保持率达98%。

磷酸铁锂锂离子电池电芯注液量相关试验验证与探讨

通过详细的理论计算,推导出LFP/230 Ah锂离子电池电芯孔隙率和极限饱和吸液量,并且通过试验设计进行验证。通过调整LFP/230 Ah锂离子电池电芯的一次注液量与不同高温下的静置时间来验证随后高温负压化成后电芯各项电性能参数受到的影响。测试及验证结果表明:随着一次注液后高温静置时间的延长,LFP/230 Ah锂离子电池电芯中游离态电解液量逐渐减少,而且在24 h后基本达到稳定状态;一次注液后随着高温静置时间的延长,电芯在化成过程中的温度逐渐降低,而且化成结束后的开路电压越来越高,分容容量有升高趋势,DCR有降低趋势,电芯满充后黑斑析锂位置点的数量减少,而且黑斑面积也逐渐缩小,但在SoC为0.6%下的K值筛选没有受到显著影响。

利用ICP-OES测定磷酸铁锂中复杂金属杂质的方法实践

随着锂离子电池产业的蓬勃发展,废旧锂离子电池及锂离子电池生产过程中的报废体量剧增,锂离子电池相关的回收产业发展迅猛,其中磷酸铁锂电池的市场最大。无论哪种回收路径,回料中的金属杂质成分都比较复杂,而金属杂质的准确测定,对锂离子电池回收产业至关重要。文中通过高温热解法对样品进行前处理,建立了一种用ICP-OES测量复杂基体中多种金属元素的分析方法。将高温热解得到的磷酸铁锂回料进行高温下的酸消解,然后在ICP-OES中对不同的观测位进行比较。将得到的数据进行测量系统分析,通过计算精度/容差(%P/T)评估最佳的检验能力组合。经过对比,发现270℃的高温消解更利于金属异物的充分溶出,Al(径向)、Na(径向)、Ni(径向)、Mn(径向)、Cr(轴向)、Zn(径向)的ICP-OES观测方位组合能更准确、稳定地分析复杂基体的金属杂质元素组分。该分析方法简单、高效、计算量小,便于快速评估检验能力。在利用ICP-OES进行复杂基体的金属异物分析方面,此方法具有很好的借鉴意义。

Al_(2)O_(3)-MWCNTs增强无机磷酸铝陶瓷涂层摩擦学性能的研究

为提高无机磷酸铝涂层的高温耐磨性,降低高温下的摩擦系数,制备了氧化铝包覆多壁碳纳米管(MWCNTs)杂化型填料,将其加入到无机磷酸铝涂料中,采用X射线衍射分析仪(XRD)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、拉曼光谱仪(Raman)、热重分析仪(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等表征了填料结构,并研究了填料含量对复合涂层的力学性能和耐磨性能的影响规律。结果表明:纳米α-Al_(2)O_(3)成功接枝于多壁碳纳米管(MWCNTs)表面。经表面改性后的MWCNTs的氧化分解温度提升近100℃,杂化材料在涂层中的分散程度更佳。随着Al_(2)O_(3)-MWCNTs用量的增加,涂层硬度、附着力呈现先增加后降低的趋势,当Al_(2)O_(3)-MWCNTs用量为0.4%时,涂层力学性能最优,硬度提升至近2倍,附着力提升至近2.6倍。600℃高温摩擦磨损耦合试验结果表明,添加0.4%的Al_(2)O_(3)-MWCNTs涂层的摩擦系数最低为0.659,磨损率最小为2.73×10^(-4 )mm^(3)/(N·m),说明添加Al_(2)O_(3)-MWCNTs杂化填料确可有助于提高无机磷酸盐涂层的摩擦学性能。

润滑与腐蚀防护复合涂层的设计制备及性能研究

目的解决无机磷酸盐复合涂层本身润滑与腐蚀防护功能不可兼具的制备技术难题。方法采用多层复合结构的设计理念,设计制备润滑与腐蚀防护兼具的功能一体化复合涂层。对多层复合涂层的组成和显微结构,以及力学性能、摩擦学性能和腐蚀防护性能进行分析和研究。结果多层复合涂层底层与基体结合良好,涂层整体界面结合良好且较致密,未出现界面分层和破裂等现象;高温摩擦磨损试验表明,随着试验环境温度的升高,摩擦因数和磨损率均增大,但是增大幅度不显著。在室温至600℃的宽温域范围内其平均摩擦因数均在0.2以下,磨损率在10×10^(-5)mm^(3)/(N·m)以下。经500h的中性盐雾试验后,复合涂层表面未出现气泡、裂纹、锈蚀点。结论多层复合涂层在室温至600℃范围内具有优异的润滑性能和耐磨性能,多层复合涂层具有良好的耐腐蚀防护性能。

氮化硼含量对热化学反应法制得陶瓷涂层耐高温氯腐蚀性能的影响

采用热化学反应法以复合磷酸盐为黏接剂,在Q235钢基体上制备了不同氮化硼(BN)含量的氧化铝基陶瓷涂层;运用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了BN含量对热化学反应陶瓷涂层形貌和组织结构、热膨胀系数和耐高温氯腐蚀性能的影响。结果表明:热化学反应涂层与基体反应产生了新相Al0.67Fe0.33PO4,随着陶瓷涂层中BN含量的增加,涂层表面的裂纹和孔隙先减少后增加,30%BN-Al_(2)O_(3)和50%BN-Al_(2)O_(3)陶瓷涂层的热膨胀系数分别为7.9×10-6和7.7×10^(-6),与基体材料Q235的较为接近;热化学反应涂层显著改善了Q235钢的耐高温氯腐蚀性能,其中50%BN-Al_(2)O_(3)陶瓷涂层的耐高温氯腐蚀性能最好。

LiMn_(0.75)Fe_(0.25)PO_(4)基混合正极材料性能调控研究

重安全、降成本是未来锂电池发展的趋势。为了兼顾磷酸锰铁锂的高安全性能和三元正极材料的高比容量,采用物理混合法将磷酸锰铁锂(LMFP)与三元正极材料(NCM)进行混合,探究了不同混合量和充放电区间对混合正极材料电化学性能的影响。优化结果表明,掺入NCM后,电压跳水现象得到抑制,掺杂量为30%时,在25℃室温、2.0~4.4 V、1 C条件下循环200次,剩余比容量131.8mAh/g,容量保持率为96.3%。同时,穿刺实验中看不到明显的火花现象。

SiO_(2)-BNNSs杂化材料对磷酸盐复合涂层高温摩擦学性能的影响

目的通过在磷酸盐复合涂层中添加二氧化硅杂化氮化硼纳米片材料(SiO_(2)-BNNSs)来提升磷酸盐复合涂层的硬度和耐高温磨损性能。方法以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,利用溶胶凝胶法制备SiO_(2)-BNNSs杂化材料,并作为纳米增强相加入到涂层中。通过X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射电子显微镜(TEM)对SiO_(2)-BNNSs杂化材料的化学组成和微观形貌进行表征。另外,采用喷涂法制备不同含量BNNSs和SiO_(2)-BNNSs的磷酸盐复合涂层,通过高温摩擦磨损试验探究涂层的摩擦磨损行为,对涂层磨痕形貌进行表征,并探讨涂层在高温条件下的磨损机理。结果XPS、SEM和TEM的分析结果表明,SiO_(2)成功修饰在BNNSs表面。SiO_(2)-BNNSs磷酸盐涂层相比零含量BNNSs涂层和纯BNNSs涂层表现得更加均匀致密,400℃条件下,质量分数为0.4%的SiO_(2)-BNNSs涂层硬度高达261.2HV。高温摩擦试验表明,BNNSs和SiO_(2)-BNNSs的加入,可以减轻涂层的磨损现象。同时,温度越高,涂层的耐磨损性能越好,400℃条件下,0.4%SiO_(2)-BNNSs涂层的摩擦因数和磨损率分别为0.48和66.24×10–6mm^(3)/(N·m),耐高温磨损性能表现为最佳。结论SiO_(2)-BNNSs杂化材料的添加可以明显提升磷酸盐复合涂层的耐高温磨损性能。

低温磷酸铁锂电池用全醚高熵电解液的设计研究

磷酸铁锂材料在常温下展现出优异的循环稳定性和能量密度,但低温性能受到了其低离子电导率和缓慢动力学的严重限制。本文利用具有不同溶剂化能力的醚类溶剂设计了一种新型的全醚高熵电解液,以提高磷酸铁锂电池在低温条件下的电化学性能。实验结果表明,该策略可有效提高电解液在低温环境下的离子导电率和改善动力学稳定性,从而提高磷酸铁锂电池的低温放电容量和循环寿命。在低温(-20℃)环境下,本工作所设计的电解液展现出了出色的充放电稳定性。经过150次循环测试后,其容量保持率高达99.7%,且在低温下仍可保持室温容量的81.1%,并具有效性和普适性。这一新的策略提升了磷酸铁锂电池的低温性能和应用范围。