废旧锂离子电池正极材料回收研究进展

随着锂离子电池(lithium-ion batteries,LIBs)在电动汽车、3C电子产品和储能领域的大规模应用和产销量的日益剧增,其退役后带来的金属浪费和环境污染问题也日益突出。有必要大力开发绿色环保、高效低成本的废旧锂离子电池正极材料回收工艺,实现金属资源的周期性利用。回顾了废旧锂离子电池正极材料回收工艺的最新进展。概述了现有的回收工艺,详细介绍了预处理、火法冶金、湿法冶金、生物浸出和直接回收等回收工艺的研究现状。并通过对比分析现有技术存在的问题,综合讨论了各工艺的回收效率、安全性和经济价值。最后,展望了废旧锂离子电池正极材料回收再利用的前景和发展趋势,旨在为直接化、高值化、规模化的废旧锂电池回收再利用研究提供借鉴与参考。

低温等离子技术在锂离子电池材料制备及改性中的应用

全文综述了低温等离子技术的发展背景、基本原理以及其在锂离子动力电池材料及应用领域中的主要研究进展,并着重阐述了等离子体技术在锂离子动力电池中各部分的材料设计和改性等方面的主要研究成果,并对现存的技术问题及所遇到的挑战做出了总结,同时也对未来应用方向做出了预测。

废旧锂离子电池负极材料回收再生利用研究进展

随着锂离子电池的广泛应用,大量的废旧锂离子电池产量逐年增加,由于负极材料容量较低(≈175 mAh·g^(-1))以及需要较高的工作电势,硅负极材料仍然处于研究阶段,所以对大量的退役锂离子电池石墨负极进行高效回收直接再生具有重要的现实意义。为此,本文介绍近年来废旧锂离子电池石墨负极材料回收利用研究现状,分析废旧石墨负极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,并对废旧锂离子电池石墨负极材料的高效、绿色回收利用进行了展望。

LiMnPO_(4)/C复合锂离子电池正极材料超价离子掺杂改性研究

以LiH_(2)PO_(4)和金属锰粉为原料、PVA为碳源,通过机械液相活化法合成了分散均匀、反应活性较高的[Mn_(3)(PO_(4))_(2)·xH_(2) O+Li_(3) PO_(4)]前驱体,经过一步煅烧可生成原位碳包覆LiMnPO_(4)材料。LiMnPO_(4)材料倍率性能和循环性能不好。为此,通过锰位取代掺杂制备了Li(Mn_(0.95) Fe_(0.05))_(1-x) Mx PO_(4)/C材料(M=Cr^(3+),V^(5+),Ti^(4+)),其中Ti掺杂的Li(Mn_(0.95) Fe_(0.05))_(0.99) Ti_(0.01) PO_(4)/C材料具有最优的电化学活性,0.05C下的放电比容量为134 mAh·g^(-1)。优化条件下Li(Mn_(0.95) Fe_(0.05))0.96 Ti_(0.01) Mg_(0.03) PO_(4)/C复合材料在0.1C和1C倍率下放电比容量分别为141和108 mAh·g^(-1),2C倍率下循环放电比容量保持较好,循环40次后容量为74 mAh·g^(-1),显示了较好的倍率性能和循环稳定性。

钠离子电池硬碳负极的优化设计研究进展

开发合适的负极材料是促进钠离子电池实现商业化的关键,其中硬碳具有高容量、低成本、环保、低工作电位,被认为是最理想的选择。然而,硬碳负极在实际应用中也面临着初始库伦效率低、长循环稳定性及倍率性能较差等问题。近年来,研究学者在对硬碳负极的优化方面取得了突破性成效,实现了从实验室研制到批量生产的重大转型。总结了钠离子电池硬碳负极性能优化的研究进展,在深入了解前驱体特性的基础上,分析了碳化温度、预氧化工艺、孔隙结构、异质原子掺杂等对硬碳性能的影响,展望了未来的发展方向。

第十四讲 废旧锂离子电池如何实现回收再生

成立于昆明理工大学的锂离子电池及材料制备技术国家地方联合工程研究中心(以下简称“工程中心”)团队,长期从事电化学能源、电化学防护和电化学环保方向的研究,致力于推动降碳减污协同增效。工程中心已建成电极材料制备示范生产线、扣式电池组装测试平台、软包电池生产线、电池原位在线测试平台、全电池安全测试平台、资源循环利用等中试试验平台。本期,本刊特邀工程中心团队成员为读者科普废旧锂离子电池回收的相关知识。

锂硫电池过渡金属磷化物复合正极材料研究概述

低碳、环保、高效是21世纪社会发展的主旋律。原材料廉价易得的锂硫(Li-S)电池因其超高能量密度(2500 Wh·kg^(-1))而受到能源转化与储备设备研究者的瞩目。然而,锂硫电池绝缘的活性物质与循环过程中不可避免的穿梭效应导致其反应动力学缓慢,进而造成包括循环倍率能力较差与库伦效率低下在内的诸多问题。研究人员现已发现了具有良好电导率且对多硫化物(LiPSs)具有吸附转化双重能力的过渡金属磷化物(TMPs)。本文将重点介绍运用在锂硫电池正极的不同过渡金属磷化物材料的设计合成方法与电化学性能提升研究相关进展,并对该类材料的未来发展进行展望。

Ti_(0.95) Co_(0.05) N/NC复合材料的制备及储锂性能的研究

氮化钛(TiN)因其具有资源丰富、无毒、低成本和高化学稳定性等特点,可作为一种新型、高容量的锂离子电池负极材料。而其较差的离子和电子传导率无法满足高能量密度锂离子电池的需求。因此,本论文通过设计制备出氮掺杂碳材料负载钴(5%)掺杂TiN纳米颗粒(Ti_(0.95) Co_(0.05) N/NC),通过调节二聚氰胺(DCDA)加入量调控碳材料的石墨化程度,优化孔结构及其电导率。其中Ti_(0.95) Co_(0.05) N/NC-1具有较高的比容量,在100 mA·g^(-1)电流密度下循环120圈后,比容量仍然高于530 mAh·g^(-1)。

镍锰酸锂正极包覆材料研究进展

近年来,锂离子电池(LIB)成为了便携式电子产品和电动汽车(EV)中不可或缺的一部分。LiNi0.5 Mn1.5 O4(镍锰酸锂简称LNMO)作为正极材料,由于其能量密度可观(650 W·h·kg^(-1))、工作电压高(4.7 V)、原材料成本低和安全性能好受到广泛关注。然而,LNMO正极目前存在高温下循环性能差和容量下降的问题。表面包覆技术被认为是一种前景极佳的解决方案。本文从包覆材料以及包覆方法上总结了目前LNMO正极包覆领域的研究进展。

卤化物钙钛矿阳极材料的储锂研究概述

卤化物钙钛矿材料作为当下光伏材料和发光材料的研究热点,其具有突出的离子扩散率、高缺陷容忍性和宽电化学窗口,这使其在电化学领域备受关注。本文简单介绍了113型钙钛矿的主要合成方法及其作为阳极材料的电化学性能,通过综述相关储锂研究进展,对存在的问题和可行的解决方案进行了探讨。

硬碳储钠负极材料研究进展

钠离子电池因其优异的低温性能、成本低和安全性高,有潜力在电动自行车和储能领域取代锂离子电池。然而,开发低成本、高可逆容量和优异循环稳定性的钠离子电池负极材料成为限制钠离子电池进一步发展的因素。硬碳材料因其丰富的原料来源、低廉的成本、易于获取、高碳产率、环境友好性以及含有多种元素等特点,受到了业界的广泛关注。为开发高性能硬碳材料,探讨了硬碳材料储钠机制,分析了前驱体选择和微观结构对硬碳材料性能的影响,总结了硬碳负极的研究现状,展望了硬碳材料在钠离子电池中的应用前景。

锂硫电池研究进展

锂硫电池(LSB)凭借其超高的能量密度(2600 Wh·kg^(-1)),被认为是下一代储能系统的潜在候选者之一。然而,目前LSB的实际应用受到了多硫化锂(LiPSs)穿梭效应、电解质连续分解和锂枝晶生长等问题的限制。这些挑战主要与正极结构框架、锂负极的反应性以及在电极-电解质界面发生的氧化还原反应有关。设计良好的正极结构、新型电解质的开发和负极保护已被陆续研究,以期改善LSB的电化学性能。在本文中,将系统地讨论克服LSB挑战的相关研究进展,如正极硫载体设计和制备、新型电解质的开发、隔膜的改性/功能层插层设计、锂负极的保护及LSB产业化方面的最新研究进展。最后,为LSB的实际应用提出总结和展望。

Li-CO_(2)电池非均相正极材料的研究进展

随着世界各国对于化石燃料的过度依赖,导致大气中的CO_(2)气体排放愈演愈烈。Li-CO_(2)电池作为一种清洁能源,可以捕获空气中的CO_(2)转化为电能和具有高能量密度等特点,被称为是下一代能源存储设备。然而,由于Li-CO_(2)电池在放电过程中产生一种宽带隙难溶物Li_(2)CO(3),导致电池在充电过程需要较高的充电电压进行分解,所以研究人员着重于开发可以有效分解放电产物的正极材料。本文归纳了锂-二氧化碳电池非均相正极材料的研究进展,对锂-二氧化碳电池的非均相正极催化剂的发展状况进行了介绍,对目前面临的挑战以及未来发展的趋势做出了归纳和总结,为开发高效可逆的锂-二氧化碳电池提供参考。

单晶高镍三元正极材料研究进展

高镍系三元正极材料(Ni≥60%)因高能量密度、低毒性、低污染性和低廉的价格成为当前锂离子电池体系中最具发展潜力的电池材料之一。目前,商用的高镍系三元正极材料多为团聚型的多晶材料,团聚型的多晶材料在充放电过程中由于体积膨胀会出现微裂纹,导致电极材料与电解液反应加剧,进而引起结构坍塌,研究表明,微裂纹的产生是高镍三元正极材料(Ni≥60%)在使用过程中容量衰退的主要原因。而单晶高镍三元正极材料由于无内部晶界可彻底解决微裂纹产生的问题,备受国内外广大专家、学者的关注。此外,其较高的压实密度、良好的热稳定性、长循环寿命也让其具有进一步替代多晶材料的潜力。本文结合单晶高镍正极材料行业现状,对其采用不同的制备方法进行归纳,为企业的前沿布局提供了借鉴和参考。

面向大电流密度电解水的碳基催化剂研究进展

电解水体系可以在温和条件下制备氢气。得益于高比表面积、高电子传输性和原料丰富等优点,碳基电催化剂备受关注。商业用电解水装置需要在较低过电位下实现较大交换电流,进而实现氢气的持续快速生产。然而当前实验室研究的重心大多放在小电流服役工况,对于大电流工况下的系列问题关注较少。研究表明,电解水体系在不同电流密度下表现出的问题差异较大,其影响因素包括气泡、电催化剂局域微环境和电极稳定性等。本综述,首先对碳基电解水催化剂的发展现状进行了总结,大电流模式下暴露出的问题与挑战进行了讨论,并提出可能有效的解决方法,以实现能满足大电流密度要求的高活性高稳定性碳基电催化剂的研发。

直接碳固体氧化物燃料电池钙钛矿阳极的研究进展

直接碳固体氧化物燃料电池(DC-SOFC)作为一种全固态的能量转换装置,可直接将固体碳燃料中的化学能转化为电能,比起其他燃料电池具有更高的电效率和燃料利用率。然而,直接使用碳作为燃料还面临诸多挑战,如碳燃料低的电氧化活性和传质,以及阳极侧三相反应界面有限。其中,电池的阳极反应对电池的电化学性能起到关键性的作用。本文详细介绍了新型钙钛矿材料在直接碳固体氧化物燃料电池阳极上的应用,为未来DC-SOFC阳极材料的设计和研究提供了参考和方向。

过渡金属功能化硼、氮掺杂碳纳米复合材料的电解水制氢研究进展

可持续地制氢是实现未来氢经济的必要前提。近年来,过渡金属功能化杂原子掺杂碳纳米复合材料,因为其在电催化领域的优点,引起了研究者的广泛关注。其中,与其它杂原子掺杂或未掺杂的碳纳米复合材料相比,硼(B)、氮(N)杂原子共掺杂纳米复合材料在电解水制氢催化中表现出极大的优势。本综述重点介绍了近年来过渡金属功能化的B,N杂原子掺杂碳纳米复合材料的设计、制备、及其电解水制氢催化性能提高的策略。本文考虑了这些特殊结构的纳米材料作为潜在电催化剂的广泛应用。最后,对B,N掺杂碳纳米复合材料电催化剂的发展进行了展望。

一维硅纳米线研究进展

一维纳米结构材料主要以硅纳米线以及硅纳米管为主,而硅纳米线作为一维硅纳米材料的典型代表,不仅具有半导体所有特殊性质,还展现出不同于普通硅材料的场发射、热导率及可见光致发光等物理性质,在众多热门方面如纳米电子器件、光电子器件,尤其是新能源领域-作为锂离子电池(LIBs)的负极材料目前引起世界的广泛关注,因为其一维几何形状适应了循环过程中硅的大体积变化,并能在所有操作阶段易于电子传递,因此具有巨大的潜在应用价值,成为当今世界科学研究领域的热点和前沿。然而纳米线的大规模可控制备依然是个难题。本文介绍了一维硅纳米线结构的制备、合成方法以及作为硅负极电化学性能的研究进展,并对储锂性能提升机制进行了探讨。

改进的MIVM在Cd-Cu-Zn合金的活度计算和气液平衡研究

在湿法炼锌的冶炼过程中,通过锌粉置换硫酸锌溶液中的铜和镉,采用真空蒸馏技术综合回收利用高镉渣是一项重要的工艺。本文采用改进的分子相互作用体积模型(M-MIVM)对Cd-Cu-Zn合金的活度进行了预测,并以此为基础,预测了Cd-Cu-Zn合金在真空蒸馏过程中的气液平衡。结果表明,在二元合金中的活度实验值与模型计算值比较中,M-MIVM的总平均标准偏差0.0037,相较于传统的局部组成模型有更好的精确度和稳定性。本文研究可为高纯镉的生产以及粗镉的综合回收利用提供较为准确的基础热力学数据;同时,也为预测真空蒸馏的气液相平衡计算提供理论基础。

(Co_(x)Fe_(1-x))_(2) P@NCNTs催化剂的制备及其在酸性电解质中的氧还原反应

提高非贵金属催化剂氧还原反应(ORR)性能对实现质子交换膜燃料电池的大规模应用至关重要,我们通过简单的一锅法合成了氮掺杂碳纳米管包覆铁掺杂磷化钴纳米颗粒催化剂((Co_(x)Fe_(1-x))_(2) P@NCNTs)。研究发现掺入的Fe离子可促进电子转移,增强(Co_(x)Fe_(1-x))_(2) P与N掺杂碳纳米管之间的协同作用,间接调控氮掺杂碳材料中吡啶氮和缺陷位点的含量,从而提高Co_(2) P基催化剂在酸性电解质中的ORR催化性能。起始位点、半波电位和极限电流均远高于Co_(2) P@NCNTs,且具有更强的抗甲醇能力和稳定性。