高压喷雾干燥法制备锂离子电池正极材料LiMn_2O_4及其电化学性能

以Mn_3O_4、Li_2CO_3和聚乙二醇为原料,利用高压喷雾干燥法制备LiMn_2O_4正极材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、电池充放电测试仪和原子发射光谱仪(ICP),对LiMn_2O_4正极材料的相组成特性、微观形貌、锂电性能和Mn的溶解量进行相关测试。结果表明:本方法制备的LiMn_2O_4正极材料具有良好的尖晶石结构,且300℃喷雾干燥后的颗粒形貌为规则球形;在55℃、0.2 C充放电条件下,首次放电比容量达120.8 mAh/g,100次循环容量保持率为80.3%。此外,Mn的溶解量也优于烘箱干燥法制备。

退役三元锂离子电池正极材料高效清洁回收技术研究进展

锂离子电池因其能量密度高、循环性能好、自放电低等优势在各个领域得到了广泛的应用。近年来,退役三元锂离子电池数量急剧增长,从保护环境和节约资源的角度来看,开展退役锂离子电池回收再生工艺研究是必要的。本文综述了退役三元锂离子电池回收再生技术的研究现状,指出对衰减程度不同的锂电池正极材料需采取灵活的梯级回收工艺路线,并详细介绍了退役锂电池正极材料的湿法冶金回收工艺和物理法修复再生技术,分析了它们的优缺点和存在的技术难点。最后,展望了退役锂离子电池回收利用的前景和发展方向。

还原-热扩散合金化法制备锂离子电池SnSbFe合金负极材料

文中通过化学还原-热扩散合金化方法,制备了类方形纳米结构SnSbFe合金复合材料。SnSbFe合金颗粒分布均匀,颗粒大小为250 nm左右。与同样方法制备的纳米级Sn2Fe合金复合材料相比,SnSbFe合金复合材料的电化学性能有显著提高。该方法制备的合金复合材料通过减缓材料充放电过程中的体积变化,抑制去合金化过程中纳米锡的团聚现象,从而显著提高材料的循环性能。Sn2Fe合金复合材料首圈和第80圈放电比容量分别为694、78.6 mAh/g。而SnSbFe合金复合材料首圈和第80圈放电比容量分别为1138、406 mAh/g。

废旧三元锂离子电池回收技术研究新进展

随着锂离子电池产业的发展,退役三元锂离子电池带来的环境污染和资源浪费问题日益严重。数量庞大的废旧三元锂电池材料蕴含丰富的锂、镍、钴等有价元素,潜在资源量巨大,回收经济价值高,系统地开展废旧三元锂电池材料的回收及再生技术,将有助于防治废旧电池污染、缓解镍钴锂资源短缺压力,促进我国锂电池产业的良性发展。本文介绍了废旧三元锂离子电池中正极、负极材料、电解液回收的研究现状,主要包括正极材料的预处理、酸浸、碱浸出与材料再生、石墨和铜箔回收、电解液回收,着重介绍现阶段材料的制备方法和工艺,简要比较了各种工艺路线的优缺点,探讨了当前废旧三元锂离子电池回收存在的关键共性问题,并提出绿色环保、短流程、低成本、自动化的废旧三元锂离子电池回收利用发展思路。

废旧三元动力锂离子电池正极材料回收的研究进展

锂离子电池以具有比容量高、自放电小、寿命长等优点可广泛应用于移动电子产品、新能源汽车、储能、军事等领域,其中,三元动力锂离子电池需求量与产量逐年增加,这势必带来废旧三元动力锂电池的爆发式产生。废旧三元动力锂离子电池含有丰富有价金属资源,同时会污染环境,为此,废旧三元动力锂离子电池的回收具有资源、经济和社会等多重效益。本文概述了废旧三元动力锂离子电池正极材料的回收研究现状,主要包括预处理、浸出、深处理等过程,并对比介绍了各过程中主要方法及其优缺点,现阶段的研究重点在于有价金属离子的分离和正极材料的再合成,最后,展望了废旧三元动力锂离子电池正极材料的回收应朝着工艺简单、低成本、绿色环保的方向发展。

碳基功能材料的制备及其在锂空气电池中的应用

碳材料的研究开发是电化学能源存储技术发展和应用的关键之一,新型碳材料具有原料丰富、成本低廉、比表面积大、导电性优异、化学性能稳定等优点,被广泛地应用于诸如环境修复、电化学及生物医学等领域,备受国内外专家、学者的关注。综述了碳基功能材料在锂空气电池中的发展历程,针对碳材料的两种典型代表石墨烯和生物质衍生碳的制备及改性研究进行了详细介绍。讨论了石墨烯的元素掺杂改性,并阐述了金属及金属氧化物负载对锂空气电池的性能提升;探讨生物质衍生碳具有N、P、S等元素的自掺杂效应及其结构的纳米化和优化制备工艺对催化性能的影响。分别对两种碳材料的优势进行了分析,对面临的挑战进行了总结。

废旧锂离子电池中钴、锂的回收研究进展

随着锂离子电池产业发展,废旧锂离子电池所带来的环境及资源问题日益突出,废旧锂离子电池中有价金属的资源化、无害化处理逐渐成为国内外的研究热点。为实现废旧锂离子电池中钴、锂资源绿色高效回收,本文介绍了废旧锂离子电池中有价金属回收的研究现状,主要包括预处理、正极材料处理、浸出液回收等环节,着重评述了各环节中新方法及工艺,简要对比了各方法及工艺的优缺点。现阶段研究主要集中于湿法浸出回收工艺,酸-还原剂为典型浸出模型,而动力学控制、离子转移路径等机理方面欠缺。最后展望了今后废旧锂离子电池中钴、锂资源回收研究方向,下一步主要是朝着有机酸浸-沉淀获得优质产品方向发展,需着重强化浸出效率、提升沉淀指标、简化工艺条件,以利于产业化推广。

废旧磷酸铁锂电池正极材料的回收研究现状

锂离子电池(LIBs)具有放电电压高、循环寿命长和无记忆效应等优点,广泛地应用于便携式电子设备、电动汽车、电化学储能等方面。电动汽车的快速发展带动了动力电池的爆发式增长,而磷酸铁锂电池(LFPBs)以其良好的安全性、成本低、无毒等优点,占据大量的市场份额。随之,废旧磷酸铁锂电池报废量也逐年增加,若不及时进行处理则会污染环境,浪费大量的金属资源。本文概述了废旧磷酸铁锂电池正极材料的回收方法,主要包括固相法、酸浸-沉淀法等,对比了诸方法的优缺点;并汇总了预处理、酸浸过程、再生磷酸铁锂(LFP)过程的条件及再生磷酸铁锂电化学性能;提出了废旧磷酸铁锂电池回收中存在的问题,且展望了废旧磷酸铁锂电池回收朝着自动化、绿色环保、低成本的方向发展。

生物质衍生碳材料的制备及其在新型电池中的应用

生物质衍生碳材料由于其可再生性、低成本、良好的导电性和稳定性等优异性能而被广泛应用于储能领域。综述了生物质衍生碳材料的常用制备方法(热解法、活化法、水热法等),以及经过修饰的生物质衍生碳(杂原子掺杂、贵金属负载)在锂空气电池、钠离子电池和锂硫电池中的最新进展,探讨了生物质衍生碳在新型电池中应用所存在的挑战和未来发展方向。

钠离子电池Sb基负极材料的研究进展

作为钠离子电池负极材料的一种,Sb基负极材料拥有比碳材料更高的理论比容量和低成本的优势,极具商业化应用前景,受到研究者们的密切关注。尽管Sb金属单质具有安全性能好、合成方便等诸多优点,但该电极材料在反复充放电过程中存在以下问题:(1)较大的体积膨胀,极易引起钠离子的不可逆脱嵌,从而导致充放电效率较低;(2)晶体结构易坍塌,材料粉化严重,从而造成电极材料长周期循环稳定性差,容量大幅衰减。研究者们通过调控Sb金属单质的粒径、形貌和结构等手段,显著改善了其电化学性能。即便如此,仍然无法有效解决Sb金属单质在循环过程中因体积膨胀造成的充放电效率低和容量迅速衰减的问题。为了解决这一问题,人们设计开发了Sb/C复合材料以及Sb基化合物材料。Sb/C复合材料利用碳材料良好的柔韧性、优异的导电性以及形貌和结构皆可调控等优势,在一定程度上改善了改性后电极材料的循环性能。Sb合金材料是由活性金属Sb和其他活性金属或非活性金属合金化而成,体积效应得到抑制,放电容量提高。Sb氧化物和Sb硫化物等Sb的非金属化合物材料反应机理为合金化反应和转化反应机理共存,均可贡献容量,因而此类材料具有较高的比容量。为同时达到改善材料结构性能和抑制体积膨胀的目的,可通过构筑结构较为复杂但电化学性能优异的Sb的其他复合物材料。本文对比分析了不同Sb基材料的储钠机理、性能特点、存在的问题以及电化学性能的优化方法。同时指出单一的改性方法并不能显著提升材料的性能,而结构优化、合金成分控制以及优选还原剂、粘结剂和电解质添加剂等多元改性工艺的综合设计,可以更有效地改善Sb基负极材料的电化学性能,最后提出现阶段Sb基材料作为钠离子电池负极材料所面临的挑战及未来商业化应用前景。

掺杂碳材料在锂空气电池中的应用研究进展

锂空气电池具有理论能量密度高、成本低廉、环境友好等优点,受到学者们的广泛关注。本文首先介绍了锂空气电池的分类,并阐述了非水系锂空气电池的工作原理,回顾了传统碳材料和新型碳材料作为催化剂在锂空气电池中的应用,指出了纯碳材料的优势和不足,综述了杂元素(N、P、S等)的引入对碳材料催化性能的优化。重点讨论了N元素掺杂对氧还原反应的促进作用,强调了金属或金属氧化物的负载有利于氧析出反应,从而构建具有双功能的阴极催化剂。并简要介绍了具有金属-有机骨架等空间结构的新型材料在锂空气电池中的应用,就锂空气电池的发展前景进行了展望。

锂-二氧化碳电池关键材料的研究进展

可充式锂-二氧化碳电池为捕获CO2和能量存储提供了一种新方法。尽管该技术从发展之初至今取得了很大进步,但它们在实际应用中还面临着许多限制和挑战。其中,在充放电机理方面的研究,虽然取得了显著的成就,但仍存在一些争议。目前,大部分的锂-二氧化碳电池研究在提高电池性能方面,主要针对的是阴极催化剂的制备,例如,碳基催化剂、贵金属基催化剂、过渡金属基催化剂、可溶性催化剂等。上述催化剂虽显著提高了电池性能,但少有同时满足价格低廉、制备方法简单和催化性能优异等优点的催化剂,这也是限制锂-二氧化碳电池走向实际应用的因素之一。由于锂-二氧化碳电池属于半开放式系统,液态电解液存在泄露、蒸发和锂枝晶等问题,导致电池的安全性和性能的降低。采用准固态电解质可有效解决上述问题,并为柔性可穿戴锂-二氧化碳电池的实现提供了可能。本文归纳了锂-二氧化碳电池关键材料的研究进展,分别对锂-二氧化碳电池的充放电机理、阴极催化剂、准固态电解质和阳极锂保护四部分进行了介绍,对其发展的现状和面临的挑战以及未来发展的趋势作出了归纳和总结。为开发高效可逆的锂-二氧化碳电池提供参考。

碳材料在锂-氧气/锂-二氧化碳电池中的应用综述

综述了碳材料在锂-氧气电池和锂-二氧化碳电池中的应用,包括商业碳材料、碳纳米材料、杂原子修饰的碳材料、金属及其氧化物修饰的碳材料和生物质衍生碳材料,系统归纳了采用碳材料作为空气阴极的锂-氧气电池和锂-二氧化碳电池性能提升的原因,为未来设计高性能的锂-氧气和锂-二氧化碳电池用碳材料提供了指导。

新一代储能钠离子电池正极材料的改性研究进展

近年来,原料广泛、成本低廉的钠离子电池被公认为新一代综合效能优异的储能电池系统,但较低的能量密度和有限的循环寿命仍然是阻碍其商业化应用的主要挑战。借鉴锂离子电池的开发经验,合理的改性工艺已被证实可以明显提高钠离子电池的电化学性能,尤其是在已建立的正极体系中。本文分析了过渡金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类化合物以及有机化合物等钠离子电池正极材料的结构、性能特点,并系统综述了粒径纳米化、表面包覆、元素掺杂等多类改性方法的最新研究成果。未来的研发和设计中,改进合成工艺控制粒径、拓宽包覆物质种类、梯度掺杂协同元素以及寻找不同结构特征的钠离子电池正极材料是研究重点。

钠离子电池金属硫化物负极材料的研究进展

由于全球有限的锂资源无法满足巨大的能源市场需求,而钠元素与锂元素处于同一主族,其性质相似,且钠具有资源丰富以及成本低等优势,使得钠离子电池有望成为极具发展前景的储能装置。但是,钠离子电池存在以下劣势:(1)钠元素的相对分子质量大于锂元素,致使其理论能量密度低于锂离子电池;(2)钠离子半径大于锂,充放电过程中钠离子脱嵌困难。因此,电极材料的合理设计与高效合成是提升钠离子电池性能和降低成本的关键。目前,钠离子电池的研究进展较快并取得了一定的成果,研究热点主要集中在钠离子嵌入机理、电池能量密度提升、循环性能改善等方面。金属硫化物种类丰富,具有相对较高的理论比容量和能量密度,适合用作储能钠离子电池负极材料。但金属硫化物自身存在导电性差、体积膨胀剧烈、首次库伦效率低、钠离子扩散缓慢等缺点,同时电池的性能又取决于电极材料的形貌、结构和颗粒尺寸等。因此,需对材料进行一系列结构调控以及相应机理研究来提高其电化学性能。本文主要从纳米形貌调控和材料复合两个方面对金属硫化物最新的研究进展进行综合概述,并对钠离子电池金属硫化物负极材料的未来发展方向进行了评述及展望。

废旧磷酸铁锂电池正极材料固相法再生研究进展

新能源汽车的发展带动了锂离子动力电池产销量的增长,其中磷酸铁锂电池(LFPBs)占有较大的市场份额。由于锂离子电池寿命有限,废旧LFPBs数量逐年增加,其含有丰富的金属资源,也存在环境危害,因此开展废旧LFPBs回收研究具有经济效益和环境效益。固相法再生是废旧LFPBs回收的主流方案,为此综述了废旧LFPBs固相法再生的方法,包括无氧化预处理再生和氧化预处理再生,并对比了各种方法的优缺点。无氧化预处理再生法可制备具有良好晶型的正极材料;氧化预处理再生法可控制再生正极材料的含碳量,有助于进一步提升LFPBs的电化学性能。

退役钴酸锂电池材料回收利用研究趋势

随着智能电子终端普及与"5G时代"来临,废旧钴酸锂锂离子电池产量已逐年增加。废旧钴酸锂电池中蕴含丰富钴资源,是缓解我国钴供需紧张的重要源头,废旧LiCoO_(2)电池资源化利用具有重大的现实意义。为此,本文介绍近年来废旧钴酸锂电池材料回收利用研究现状,分析废旧钴酸锂电池常用回收利用方法优缺点,主要包括火法回收、湿法回收和材料再生等方案,并评述废旧钴酸锂电池材料回收利用研究发展趋势。

废旧LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)材料球磨-喷雾法再生研究

为了改善再生锂离子电池材料的电化学性能,提出了一种球磨-喷雾法对废旧LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)(NCM523)进行回收再生。该方法是通过对预处理后的废旧正极材料进行球磨细化,经过喷雾干燥迅速制备再生材料的前驱体,并结合高温煅烧制备再生NCM523材料。采用SEM、EDS、XRD、HRTEM、FT-IR、XPS、TG-DSC等对再生过程中材料的形貌、成分、物相及化学变化等进行了分析,且对再生NCM523组装的电池进行了电化学性能分析。结果表明,再生材料具有多孔结构,锂镍混排程度降低,电化学性能得到改善。在实验条件下得到的再生NCM523材料在0.11 C下的首圈放电比容量为159.053 mA·h/g,循环100圈后放电比容量为145.615 mA·h/g,容量保持率为91.55%,具有良好的容量保持率;电流密度为5 C的首圈放电比容量为126.974 mA·h/g。相较于传统的直接再生方法,球磨-喷雾再生法制备的NCM523的电化学性能得到明显改善。

石墨烯基贵金属催化剂的制备及其对锂-氧气电池性能的影响

锂-氧气电池作为一种拥有超高理论比能量密度的新型电池体系,在电动汽车领域具有良好的应用前景。通过改进的Hummers法和热膨胀法制备还原氧化石墨烯,再由浸渍还原法分别负载不同的贵金属Ru、Ir、Au、Ag,研究石墨烯基不同贵金属催化剂对锂-氧气电池性能的影响作用。研究结果表明,具有较高氧析出催化活性的Ru/RGO和Ir/RGO催化剂的锂-氧气电池的可逆性能与充放电循环稳定性优于采用Ag/RGO和Au/RGO催化剂的锂/氧气电池。

钠离子电池碳基负极材料的研究进展

电极材料的研究开发是钠离子电池技术发展和应用的关键之一,碳基负极材料具有原料丰富、成本低廉、可逆容量较大及倍率性能良好等优点,备受国内外专家、学者的关注。本文系统综述了钠离子电池碳基负极材料的最新研究进展,就石墨类和非石墨类碳基负极材料的分类和掺杂改性研究进行了详细介绍。石墨类材料有石墨和石墨烯,非石墨类材料有软碳和硬碳;元素掺杂改性主要是以N和S为主,并分别阐述了各种碳基负极材料的电化学性能及可能的充放电机理。分析了目前碳基负极材料面临着首次库仑效率较低、电压滞后现象严重、循环稳定性能不佳等问题,未来的发展方向主要是增大碳基负极材料的碳层间距、结构的纳米化以及优化制备工艺,以确保循环稳定性及倍率性能的优异性。