Al⁃LiH复合燃料制备及性能

为了提高铝粉燃烧效率,利用球磨法分别制备了质量含量为3%,5%,10%,15%的Al‐LiH复合燃料。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、粒度仪对样品结构、形貌和粒径进行表征;采用差热‐热重量热仪对其热氧化性能进行表征,最后采用CO_(2)激光点火装置、高速摄像机及氧弹量热仪对其燃烧性能进行考察。结果表明:通过球磨法可以将LiH嵌入Al粉内部,LiH含量是影响其微观形貌及粒径、粒径分布的关键因素,LiH的加入使得燃料质量热值增加,同时随着LiH含量的增加Al‐LiH复合燃料燃烧火焰强度增强,点火延迟时间大幅降低。其中由于Al‐LiH复合燃料在高温下发生了微爆现象,Al‐3LiH和Al‐10LiH复合燃料在一次氧化后分别实现第二次氧化。

锂离子电池稳定金属锂粉预锂化策略研究进展

随着经济社会全面绿色转型和新能源汽车产业的蓬勃发展,人们对具有高能量密度的先进锂离子电池产生了巨大需求。然而,锂离子电池在首次充放电过程中,由于固体电解质界面(SEI)膜和不可逆产物的生成会产生巨大的初始活性锂损失,降低了电池的能量密度,严重阻碍了其商业应用。预锂化使电极材料提前接触额外的活性锂源,补偿其在首次循环过程中造成的活性锂损失,是目前提高锂离子电池首效和能量密度的最有效的手段。稳定化金属锂粉末(SLMP)预锂化具有超高的预锂容量,并且预锂工艺简单,是最常用的预锂化方法。综述了SLMP预锂化方法的研究进展,分析其优势及挑战,并展望其未来发展方向,为稳定金属锂粉在预锂化及锂粉稳定化处理等方面的进一步研究提供思路和启发,为提高锂离子电池的首次库伦效率和能量密度提供参考。

废旧锂电池极片热解试验研究

废旧锂电池作为一种二次资源,蕴藏巨大的回收价值。本文结合其主要成分热解性质,开展废旧锂电池极片的热解试验。废弃锂电池破碎分选后,正负极片热解过程的主要影响因素有温度、时间、真空度和气氛等。试验结果表明,热解温度为400℃,热解时间为0.75 h时,真空和氮气气氛可获得良好的热解效果,黑粉产率为75%~78%,镍、钴、锰等主要金属的回收率大于95%。

三元正极废粉与聚丙烯共热解-水浸选择性提锂研究

开展了三元正极废粉与聚丙烯型隔膜共热解-水浸选择性提锂试验,并对反应产物进行了表征。结果表明,在聚丙烯用量40%、热解温度550℃、热解时间2 h、氩气流速200 mL/min条件下共热解,热解产物水浸,锂浸出率为87.92%。锂损失的主要原因是共热解过程中形成了不溶于水的锂钴氧化物。

高性能TEMPO功能化木粉-聚乙烯醇/锂铝水滑石复合材料的制备及性能

【目的】探究聚乙烯醇/锂铝水滑石(PVA/LDH)分散液对巴沙木加工剩余物理化性能的影响,为构建高性能木质复合材料提供理论依据,实现木材加工剩余物的高值化利用。【方法】受天然贝壳“砖-泥”有序结构启发,以巴沙木加工剩余物(木粉)为主要原料,经脱木素和氧化改性,获得2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)功能化改性木粉(T-WP),向其中加入不同比例PVA/LDH分散液,通过真空抽滤自组装过程将无机纳米片水滑石插层,构建天然有机聚合物与无机纳米片复合的高性能新型木质层状复合材料,基于FTIR、XPS、Zeta电位、力学性能等测试与分析,探究各组分间的相互作用及机械性能协同增强机制。【结果】1)木粉粒径100目时,纯T-WP薄膜的力学拉伸强度和韧性最大,分别为(225.25±0.82)MPa和(5.18±0.36)MJ·m^(-3)。2)PVA/LDH纳米片体系在T-WP上成功插层,并与T-WP分子链上的含氧官能团形成氢键、静电相互作用以及共价交联作用。3)对不同PVA/LDH添加量的T-WP-PVA/LDH复合材料进行力学性能分析,PVA/LDH添加量为20 wt%时,T-WP-PVA/LDH复合材料的拉伸强度和杨氏模量最大,分别为(287.29±4.91)MPa和(14.21±2.60)GPa,是纯T-WP的1.28和2.40倍。4)在相对湿度90%、温度25℃条件下放置16 h,T-WP-PVA/LDH复合材料的吸湿率为45.43%,力学拉伸强度为105.40 MPa;在湿润土壤中,T-WP-PVA/LDH复合材料表现出较好的可生物降解特性。【结论】T-WP-PVA/LDH仿生层状复合材料中,T-WP分子链上的活性含氧基团与PVA/LDH体系形成氢键、静电相互作用以及Al—O—C共价交联作用,构建协同增强体系,赋予T-WP-PVA/LDH复合材料优异的力学性能。木质层状复合材料优异的特性使其在包装、地膜、一次性餐盒等领域具有广泛应用前景,有望替代部分聚乙烯、聚丙烯等石油基产品。

易流型辅助胶凝材料的制备及其对混凝土性能的影响

基于四川地区的锂渣、钛矿渣、磷渣3种固体废弃物,开展固废基易流型混凝土掺合料的研究。通过与各种掺合料多元体系复配获得了性能优异的易流型掺合料,并系统研究了该辅助胶凝材料对混凝土工作性能、力学性能及耐久性能的影响。结果表明,磷渣粉、钛矿渣粉和石灰石粉复掺替代粉煤灰时,混凝土浆体的屈服应力有小幅下降,扩展度普遍大于550 mm,工作性能得到优化;改性锂渣粉、钛矿渣粉和石灰石粉复掺替代矿粉时,在锂渣粉掺量不高时,混凝土工作性能和力学性能较优,但锂渣粉掺量过大时会增大混凝土塑性黏度,掺量建议不超过胶凝材料的10%。

基于空间分辨中子衍射方法的锂离子电池电化学反应均匀性研究

锂离子电池作为一种具有复杂组成的电化学器件,其电化学反应的均匀性受多种因素影响,包括正负极材料成分、电池结构和制备工艺等。电池的局部电化学反应不均匀性将导致局部失效加剧,进而影响其电化学性能、循环稳定性和安全性。鉴于电池拆解分析不但会破坏其电芯结构,改变电极材料的化学性质,进而影响分析结果的准确性,本工作介绍并应用无损的空间分辨飞行时间中子衍射方法,对大尺寸软包锂离子电池电化学反应分布的均匀性展开研究。通过采集和分析毫米尺度测试区域的中子衍射数据,获得了全电池在初始状态和失效状态下锂离子嵌入石墨负极过程中的相变信息,并构建了全电池不同位置处的石墨负极多相含量分布和归一化后负极中的锂浓度分布图。此外,结合高精度三维X射线断层扫描方法,从电池厚度、电流密度和电解质浓度等多个角度,分析和探讨了这些因素对锂离子电池电化学反应均匀性的影响。空间分辨中子粉末衍射方法可以对不同类型和不同形状的金属离子电池中的电化学反应均匀性进行快速直接的检测,为电池结构性能优化和技术改进提供强有力的技术支持。

硅泥在锂离子电池中的应用研究进展

光伏切割硅废料——硅泥,因其低成本、二维片状结构和高比容量(4200 mAh·g^(-1))的优势成为300 Wh·kg^(-1)以上高能量密度储能电池核心硅碳负极材料的理想原料之一。然而,硅泥存在成分复杂、粒径较大、导电性差、稳定性低和电化学性能差的问题,需要进行系统改性处理。本文综述了硅泥在锂离子电池中的应用研究进展。首先,分析了硅泥中金属杂质和非金属杂质对电池性能的重要影响。其中金属杂质可通过磁选和酸洗去除,非金属杂质可通过液-液萃取和热处理去除。其次,详细阐述了纯化后硅泥的原始性能和改性方法。通过硅泥纳米化可以抑制其膨胀,其中包括研磨、刻蚀、电热冲击和合金-脱合金等方式;通过直接元素掺杂硅和掺杂硅表面碳层来提高导电性;通过构建惰性层、导电层和一定作用的官能团等表面改性提高稳定性;还可以通过硅碳复合获得稳固的机械支撑和保护。最后,提出了基于硅泥为原料的硅基负极面临的挑战和研发方向,展望了未来发展前景,旨在为硅泥变废为宝提供参考,推动高能量密度锂离子电池快速发展。

锂渣粉和磷渣粉对再生混凝土力学及耐久性能的影响

研究了不同掺量的锂渣粉和磷渣粉分别单掺和复掺对再生混凝土抗压强度和抗氯离子渗透性能的影响。结果表明:与空白组试件相比,单掺锂渣粉或磷渣粉试件的7 d、14 d和28 d抗压强度变化幅度最高不超过7.7%;与锂渣粉和磷渣粉分别单掺相比,二者复掺对再生混凝土的7 d抗压强度影响不大,但明显提高了14 d、28 d抗压强度;单掺和复掺锂渣粉和磷渣粉试件的抗氯离子渗透性能均较空白组试件好,其中,复掺锂渣粉和磷渣粉试件的抗氯离子渗透性能介于单掺锂渣粉试件和单掺磷渣粉试件之间,单掺锂渣粉试件的抗氯离子渗透性能最好;再生混凝土中的氯离子在环境氯离子浓度较低时以物理吸附和化学结合为主,而在环境氯离子浓度较高时以化学结合为主;氯离子总结合能力随着环境氯离子浓度的增加而下降;复掺20%锂渣粉与10%磷渣粉试件的氯离子总结合能力相对最好。

Spray pyrolysis synthesis of nickel-rich layered cathodes LiNi_(1-2x)Co_xMn_xO_2(x = 0.075, 0.05, 0.025) for lithium-ion batteries

In this study we report a series of nickel-rich layered cathodes LiNi1-2xCoxMnxO2（x = 0.075, 0.05,0.025） prepared from chlorides solution via ultrasonic spray pyrolysis. SEM images illustrate that the samples are submicron-sized particles and the particle sizes increase with the increase of Ni content.LiNi0.85Co0.075Mn0.075O2 delivers a discharge capacity of 174.9 mAh g-1 with holding 93% reversible capacity at 1 C after 80 cycles, and can maintain a discharge capacity of 175.3 mAh g-1 at 5 C rate. With increasing Ni content, the initial specific capacity increases while the cycling and rate performance degrades in some extent. These satisfying results demonstrate that spray pyrolysis is a powerful and efficient synthesis technology for producing Ni-rich layered cathode（Ni content 〉 80%）.

Synthesis and Characterization of Methanesulfonate and Ethanesulfonate Intercalated Lithium Aluminum LDHs

LDH-phases become increasingly interesting due to their broad ability to be able to incorporate many different cations and anions. The intercalation of methanesulfonate and ethanesulfonate into a Li-LDH as well as the behavior of the interlayer structure as a function of the temperature is presented. A hexagonal P63/m [LiAl2(OH)6][Cl?1.5H2O] (Li-Al-Cl) precursor LDH was synthesized by hydrothermal treating of a LiCl solution with γ-Al(OH)3. This precursor was used to intercalate methanesulfonate (CH3O3S?) and ethanesulfonate (C2H5O3S?) through anion exchange by stirring Li-Al-Cl in a solution of the respective organic Li-salt (90?C, 12 h). X-ray diffraction pattern showed an increase of the interlayer space c' (d001) of Li-Al-methanesulfonate (Li-Al-MS) with 1.2886 nm and Li-Al-ethanesulfonate (Li-Al-ES) with 1.3816 nm compared to the precursor with 0.7630 nm. Further investigations with Fourier-transform infrared spectroscopy and scanning electron microscopy confirmed a complete anion exchange of the organic molecules with the precursor Cl?. Both synthesized LDH compounds [LiAl2(OH)6]CH3SO3?nH2O (n = 2.24-3.72 (Li-Al-MS) and [LiAl2(OH)6]C2H5SO3}?nH2O (n = 1.5) (Li-Al-ES) showed a monomolecular interlayer structure with additional interlayer water at room temperature. By increasing the temperature, the interlayer water was removed and the interlayer space c' of Li-Al-MS decreased to 0.87735 nm (at 55?C). Calculations showed that a slight displacement of the organic molecules is necessary to achieve this interlayer space. Different behavior of Li-Al-ES could be observed during thermal treatment. Two phases coexisted at 75?C - 85?C, one with a reduced c' (0.9015 nm, 75?C) and one with increased c' (1.5643 nm, 85?C) compared to the LDH compound at room temperature. The increase of c' is due to the formation of a bimolecular interlayer structure.

磷酸铁锂废粉硫酸氢钠焙烧回收工艺研究

随着磷酸铁锂电池新能源车产销量迅速增长,如何有效回收废旧磷酸铁锂动力电池并实现有价金属的资源化利用已成为研究热点。提出一种钠盐辅助焙烧磷酸铁锂废粉和水浸回收锂盐的工艺。在氧气气氛中磷酸铁锂废粉与一水硫酸氢钠反应生成硫酸钠锂、磷酸铁、三氧化二铁,然后通过选择性浸出、分离、沉淀得到纯度高达99.58%的磷酸锂、纯度达到99.6%的磷酸铁。对一水硫酸氢钠与磷酸铁锂废粉质量比、氧化焙烧温度、焙烧保温时间和焙烧产物水浸时间等工艺条件进行了研究,结果表明一水硫酸氢钠与磷酸铁锂废粉质量比为1.6、氧化焙烧温度为600℃、焙烧保温时间为60 min、焙烧产物室温水浸时间为70 min为最佳回收工艺参数,在此条件下锂离子浸出率为98.7%。该工艺在温和条件下实现了有价金属的选择性回收,有助于废旧磷酸铁锂电池资源化利用。

基于离散单元法的氢氧化锂粉末螺旋输送机优化设计

针对氢氧化锂粉末在螺旋输送机上出现的输送不稳定、不均匀等问题,采用离散单元法对氢氧化锂粉末螺旋输送机进行了优化设计。首先,通过离散单元法建立氢氧化锂粉末螺旋输送机的仿真模型;其次,以螺旋轴径、螺距和转速为试验因素,以平均质量流量和输送稳定性变异系数为评价指标,设计了三因素三水平Box-Behnken正交试验;最后,分析各试验因素对输送稳定性的影响,并进行参数优化和出料口螺杆的优化设计。试验结果表明:各因素对氢氧化锂粉末螺旋输送机输送稳定性的影响大小依次为:转速、螺距、螺旋轴径。以平均质量流量333 g/s为设计目标,当参数组合为螺旋轴径26 mm、螺距75 mm、转速108 r/min时,得到最小输送稳定性变异系数为20.65%,但未满足输送稳定性要求。为进一步提高输送稳定性,基于以上参数组合,将出料口位置处的螺杆设计成无螺旋叶片,仿真试验表明:输送稳定性变异系数为8.96%,满足输送稳定性变异系数小于10%的要求。该研究可为氢氧化锂粉末螺旋输送机的优化设计提供一定的参考。

高能量密度磷酸铁锂正极设计

磷酸铁锂(LiFePO_(4))是锂离子动力和储能电池中应用最广泛的正极材料,为了满足市场对锂离子电池更高能量密度的要求,必须开发具有更高能量密度的LiFePO_(4)材料。根据能量密度的定义,本文从LiFePO_(4)的电压平台、粉体压实密度和质量比容量三个方面展开论述,通过电化学和材料学方面的机理分析,指出提高粉体压实密度和质量比容量是具有潜力的改进方向。结合研发经验、市场调研和国内外的研究成果,在提高材料粉体压实密度方面,本文总结了原料种类选择、烧结制度改善、大小颗粒级配这三类最有效的方法,具体介绍了制备LiFePO_(4)的磷酸铁路线,烧结制度伴随的杂质问题,以及大小颗粒级配的流程差异;在提高质量比容量方面,从LiFePO_(4)的本征特性出发,介绍了纳米化、碳包覆、元素掺杂、缺陷控制以及晶体择优取向五种策略,指出纳米化、碳包覆、元素掺杂是目前最有效的提高质量比容量的改性方法。上述方法都已经应用于市场上的LiFePO_(4)产品之中,其提高能量密度的有效性得到了国内多家电池厂的认证。目前LiFePO_(4)正极材料的能量密度还未被完全开发,仍需要继续开展材料改性的研究和生产工艺的优化。

基于稳定化金属锂粉的硅电极预锂化性能探究

为了解决锂离子电池首次充放电效率过低、不可逆容量损失会消耗大量电解液和正负极材料中脱出锂离子的问题,基于稳定化金属锂粉(SLMP)对硅电极进行预锂化,结合扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)对电极表面形貌及组成进行分析,探讨预锂化搁置时间及预锂化试剂用量对硅电极储锂性能的影响规律。研究表明,预锂化之后,减少了首次不可逆容量,提高了电极循环稳定性能。在预锂化搁置时间为36 h和SLMP用量为0.3 mg的条件下,硅电极的首次可逆容量可以达到3 444.9 mAh·g^(-1),经过60次充放电循环后,容量依然能保持1 247.2 mAh·g^(-1)。预锂化技术能补偿电池初始及循环过程中的不可逆容量损失,提高电池的容量及能量密度,显著延长电池的使用寿命。

Li-Al-B-H复合储氢材料的制备及储氢性能研究

硼氢化锂(LiBH_(4))的有效储氢密度可达13.6%(质量分数,下同),是一种具有潜在应用前景的储氢材料。但是,LiBH_(4)的热力学稳定性高,导致其吸放氢温度高,且其吸放氢动力学差,可逆条件苛刻,严重限制了其实际应用。针对这些问题,以普通Al粉(记为“Al”)和纳米Al粉(记为“nano-Al”)作为改性添加剂,采用机械球磨法制备了LiBH_(4)+0.5Al和LiBH_(4)+0.5nano-Al(物质的量之比)这2种Li-Al-B-H复合储氢材料,并通过X射线衍射(XRD)、吸放氢测试、热分析等手段研究了2种Al粉制备的Li-Al-B-H复合储氢材料的微结构和放氢性能。放氢性能研究表明,添加Al后,LiBH_(4)的放氢温度得到降低,且以纳米Al粉构建的Li-Al-B-H复合储氢材料具有比以普通Al粉构建的Li-Al-B-H复合储氢材料更优异的放氢性能和循环性能。放氢产物微结构研究表明,在放氢过程中,LiBH_(4)会与Al发生反应生成AlB_(2)和Li-Al-B相,这是LiBH_(4)吸放氢性能提高的关键。另外,由于纳米Al的颗粒尺寸小,比表面积大,反应界面更多,使得LiBH_(4)+0.5nano-Al放氢后生成的AlB_(2)和Li-Al-B相的量比LiBH_(4)+0.5Al更多,这是LiBH_(4)+0.5nano-Al放氢性能优于LiBH_(4)+0.5Al的原因。研究结果将为进一步理解Li-Al-B-H复合储氢材料的储氢性能和储氢机理提供参考。

锂渣基辅助胶凝材料的制备及其对混凝土性能的影响

制备了锂渣粉-钛矿渣粉、锂渣粉-花岗岩粉2种复合掺合料,测试了其活性和流动性,研究了其对混凝土工作性和力学性能的影响,确定了合适的m_(锂渣粉)∶m_(钛矿渣粉)、m_(锂渣粉)∶m_(花岗岩粉)。基于此,为了便于实际工程应用,制备了2种锂渣基辅助胶凝材料Z1、Z2。结果表明:综合考虑复合掺合料的活性、流动性及其对混凝土工作性和力学性能的影响,推荐m_(锂渣粉)∶m_(钛矿渣粉)、m_(锂渣粉)∶m_(花岗岩粉)均为6∶4;Z1、Z2分别满足相关标准中Ⅱ级、Ⅲ级复合掺合料的要求,且其等质量取代100%矿粉对混凝土的工作性和力学性能影响不大,同时能提高混凝土的耐久性能。

硫酸化焙烧法回收废旧三元电池中锂的研究

针对废旧三元动力电池黑粉中锂回收传统方法存在回收工艺流程长、锂损失率高及纯度低的问题,提出了硫酸化焙烧法优先提锂的工艺。本文分析了硫酸化焙烧法提锂的热力学可行性,研究了不同硫酸盐、浓硫酸加入量、煅烧温度、煅烧时间对提锂效果的影响。不同硫酸盐的硫酸化焙烧实验结果表明,采用浓硫酸、硫酸氢钠、硫酸铵进行硫酸化焙烧,锂收率均为95%左右;加入硫酸氢钠得到的焙烧后料较硬;加入浓硫酸得到的焙烧后料蓬松,呈蜂窝煤状;而加入硫酸铵焙烧后料为粉料,易于破碎,但会产生氨气;加入等量硫酸钠焙烧基本得不到磷酸锂,因此综合考虑选择浓硫酸进行硫酸化焙烧。浓硫酸优先提锂的最佳条件为:浓硫酸加入量为理论量的105%,煅烧温度为600℃,煅烧时间为2 h。在此条件下,锂收率可高达95.2%,制备的碳酸锂和磷酸锂的杂质浓度低,纯度高。

Highly selective and green recovery of lithium ions from lithium iron phosphate powders with ozone

Since lithium iron phosphate cathode material does not contain high-value metals other than lithium,it is therefore necessary to strike a balance between recovery efficiency and economic benefits in the recycling of waste lithium iron phosphate cathode materials.Here,we describe a selective recovery process that can achieve economically efficient recovery and an acceptable lithium leaching yield.Adjusting the acid concentration and amount of oxidant enables selective recovery of lithium ions.Iron is retained in the leaching residue as iron phosphate,which is easy to recycle.The effects of factors such as acid concentration,acid dosage,amount of oxidant,and reaction temperature on the leaching of lithium and iron are comprehensively explored,and the mechanism of selective leaching is clarified.This process greatly reduces the cost of processing equipment and chemicals.This increases the potential industrial use of this process and enables the green and efficient recycling of waste lithium iron phosphate cathode materials in the future.

不同掺合料对再生混凝土性能影响因素研究

文中研究了火山岩粉、粉煤灰、锂渣以及锂渣-粉煤灰二元混合料对再生混凝土力学性能和坍落度的影响。结果表明,火山岩粉对混凝土的强度和坍落度均有不利影响。粉煤灰掺量为5%时,混凝土的28 d抗压强度和基准样基本持平,掺入粉煤灰能提高混凝土的坍落度,有效改善混凝土的流动性。当锂渣掺量小于15%时,混凝土的28 d抗压强度仍高于基准样。混凝土的坍落度随着锂渣掺量的增加出现显著下降。锂渣-粉煤灰混合料能显著改善单一掺合料的不足,混凝土的28 d抗压强度和坍落度随混合料掺量的增加均在小范围波动,性能较稳定。