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.     

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。     

废旧锂离子电池三元正极材料的回收与再利用工艺研究进展

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大量的应用.然而当锂离子电池使用3～5年后,其容量会随着电解液分解等原因而逐渐衰减,进而无法满足产品需求,势必会产生大量的废旧锂离子电池.因此,将其进行合理的回收利用,不仅可以节约资源,而且还能减轻环境的污染.本文综述了废旧锂离子电池回收的工艺步骤,主要包括三元正极材料的预处理工艺、有价金属离子的浸出与分离工艺、三元正极材料的再合成等工艺,并对比了各种工艺的优缺点.在此基础上,指出废旧锂离子电池三元正极材料的回收与再利用工艺应朝着安全、环保、高效的方向发展.     

全固态薄膜锂电池的研究进展

全固态薄膜锂电池作为一种新型的微型能源形式，具有能量密度高、循环寿命长等优点，正在受到越来越多的关注。本文详细介绍了全固态薄膜锂电池的研究进展，尤其对全固态薄膜锂电池阴极薄膜的制备技术和发展现状进行了全面的评述，展望了今后的发展趋势及研究热点。     

水热法生长纯相磷酸铁锂单晶

以碳包覆磷酸铁锂为前驱体,磷酸二氢锂为矿化剂,采用水热法制备出纯相磷酸铁锂体单晶,单晶宏观呈类六棱柱形态.晶体由三个主要生长面(010)、(101)、(100)构成.对单晶结构进行分析,获得晶胞结构为D2h16,Pbnm空间群,其中a=1.03217 nm,b=0.60042 nm,c=0.46889 nm,α=β=γ=90°.LiFePO4晶体的拉曼图谱显示的三个强峰分别是949 cm-1,996 cm-1和1068 cm-1,可以作为区分磷酸铁的特征峰.     

磷酸铁前驱体形貌对磷酸铁锂电化学性能的影响

采用沉淀法和水热法,合成了不同形貌的磷酸铁前驱体,并用碳热还原法得到LiFePO4/C正极材料.探讨了磷酸铁前驱体形貌特征对合成的磷酸铁锂电化学性能的影响程度.用XRD和SEM对产物物相结构、表观形貌进行了表征和分析.结果表明,水热合成的时间越长,磷酸铁的结晶性越好,趋于球形,电化学性能越好;但反应温度达180℃时,形貌趋向于椭圆,放电比容量反而较高.不同形貌的磷酸铁制备出的磷酸铁锂均为橄榄石结构,物相均一;不同形貌磷酸铁制备的磷酸铁锂正极材料电化学性能各异.磷酸铁形貌对磷酸铁锂正极材料电化学性能有影响,但不是决定因素.     

含铅玻璃材料的环境风险及再生利用技术研究

用毒性浸出程序和多级提取程序分析了阴极射线管含铅玻璃的环境风险,并用真空碳热还原技术回收含铅玻璃的有毒重金属及其它有价金属。研究表明,阴极射线管含铅锥玻璃的环境风险较大。在回收过程中,铅、钾和钠的回收率随温度的升高、压强的降低、碳加入量的增大及保持时间的延长而增大;当温度为1000℃、系统压强为10 Pa时,加入10%的碳粉并保持4 h,铅回收率接近100%,钠和钾的回收率分别为65.04%和50.55%。     

废烟头衍生的氮掺杂碳电极的超电容性能

废烟头是一种常见的生活垃圾,含有尼古丁、焦油等多种有害物质.若不及时有效回收处理,可能会导致环境污染或资源浪费.为此,本文通过一步热解碳化反应回收废烟头并得到氮掺杂碳材料.然后利用扫描电镜(SEM)、X射线能量色散光谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、四电极电导率仪、恒流充/放电及循环伏安(CV)技术研究了废烟头衍生氮掺杂碳材料的微观结构、元素组成、电子导电率及超电性能.结果表明:废烟头衍生的氮掺杂碳材料中含有少量N、O杂原子;电极材料在100 mA/g充/放电时的初始比电容为251 F/g,经过1500次充/放电循环后仍保持在220 F/g,表现了良好的超电性能.     

PC聚合物的再利用研究

聚碳酸酯(PC)是手机外壳常用材料,它是一种综合性能优异的热塑性工程塑料,具有较高的回收价值.采用熔融再生方法分别对同种无涂层手机外壳、浅色混杂带涂层和深色混杂带涂层手机外壳三种PC回收料进行了再生利用,对注塑样品进行了力学性能测试,并对断口进行了分析.研究结果表明,三种PC回收料再生后拉伸强度和弯曲强度值较为接近,其中拉伸强度略低于PC原生料,而弯曲强度高于原生料.无涂层PC回收料延伸率和冲击韧性分别达到了24kJ/m2和65;,而混杂带涂层回收料只有它的一半左右.     

单源真空蒸发法制备ZnSe薄膜的实验研究

本文采用单源真空蒸发法制备了ZnSe薄膜,利用电子探针、X射线粉晶衍射等现代测试手段研究了蒸发温度(700～1050 ℃)、基片温度(0～200 ℃)、基片材料(单晶硅、玻璃)以及热处理温度(300～400 ℃)等因素的改变对ZnSe薄膜的成份和结构的影响规律,建立了单源真空蒸发沉积ZnSe薄膜及热处理的实验方法.     

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。     

铁基氮化物在储能及电催化领域中的研究进展

氮化铁具有硬度高、熔点高、热导性高、耐腐蚀、安全无污染、电子导电性优异以及类铂的电子结构等优势,且其原材料资源丰富、成本低廉,在储能与电催化等众多领域中有着极大的应用前景。本文综述了铁基氮化物在结构、制备、性能和应用方面的研究进展,重点关注其制备方法和在储能领域(如锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池)、电催化领域(如氢析出反应、氧析出反应、氧还原反应)中的应用,同时对铁基氮化物存在的主要问题进行了总结,对其未来的研究方向和应用前景进行了展望。     

锂离子电池正极材料FePO3

通过控制溶液的pH值用FeCl3和Na3PO4溶液共沉淀法制备出了无定型FePO4·1.3H2O,通过成分析,热分析,X射线衍射和扫描电镜分析对材料进行了表征.该材料在0.2 mA·cm-2的电流密度下起始容量达到130mA·h·g-1同时具有良好的循环性能,表现出一个良好的锂离子电池候选材料.球磨可以提高材料的电化学性质,可能是因为其中活性成份含量提高的原因.当其加热到700℃成为晶态的FePO4时则容量变低,这种高温下容量的损失的机理可能是与高温下形成非活性相有关.     

X-ray diffraction and EXAFS analysis of materials for lithium-based rechargeable batteries

Lithium iron phosphate LiFePO₄ (triphylite) and lithium titanate Li₄Ti₅O₁₂ are used as components of a number of active materials in modern rechargeable batteries. Samples of these materials are studied by X-ray diffraction and extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectroscopy. Hypotheses about the phase composition of the analyzed samples are formulated.     

Synthesis and electrochemical properties of vanadyl phosphate di-hydrate/polyaniline derivatives hybrid films

Vanadyl phosphate and its hybrid compounds have proven to undergo electrochemical intercalation and de-intercalation of lithium ions, which enables its use as cathode material for Li ion rechargeable batteries. In this context, vanadyl phosphate di-hydrate/polyaniline derivatives hybrid films were synthesized via the exfoliation and reconstruction approach in order to evaluate their potential use as cathode in ion lithium batteries. X-ray diffraction patterns indicate that the lamellar structure of the inorganic matrix is maintained, consistent with the topotactic process. In the scanning electron micrographs, hybrid films exhibit rough surface consisting of warped and cracked crystallites, quite different from vanadyl phosphate di-hydrate square platelets crystallites. Electrochemical evaluation using cyclic voltammetry and charge–discharge galvanostatic techniques shows small differences between the charge and the discharge curves, indicating an irreversibility of the hybrid systems.     

Amorphous tin–iron oxide thin films with 3D reticular porous morphology for lithium‐ion batteries

Porous reticular tin–iron oxide composite have been prepared by electrostatic spray deposition method for lithium‐ion batteries. The structure of depsitied electrodes are investigated by X‐ray Diffraction (XRD), which shows that the film is amorphous. Electrochemical characterization by galvanostatic charge‐discharge tests demonstrate that the conversion reactions in these electrodes enable initial discharge capacities of about 1551 mAh/g for tin–iron oxide thin film electrode, and the reversible capacity stayed in the range of 769–601 mAh/g during the successive 30 cycles. The high porosity of the 3D reticular structure can provide more reaction sites on the electrode surface and accommodate volume variation of Sn particles during Li alloying–dealloying. Such a composite film are expected to be applied as attractive anodes for lithium‐ion batteries.     

钠离子电池正极材料磷酸钒钠的研究进展

NASICON型的磷酸钒钠具有三维框架结构,充放电电压平台较高,储能容量大,循环稳定性好,是一种很具前景的钠离子电池正极材料.本文综合了大量磷酸钒钠有关文献的研究成果,介绍了磷酸钒钠的晶体结构与电化学性能,以及磷酸钒钠的常用合成方法与改性手段.目前所进行的研究中,最常见的是以固相法和溶胶凝胶法合成,也包括喷雾干燥法、水热法、静电纺丝法等,改性手段主要包括以不同碳源进行碳包覆、离子掺杂、与导电物质复合以及材料纳米化四种,磷酸钒锂材料在改性后其导电性与电化学性能均有明显提高,这有望推进钠离子电池的实用化进程.     

多孔硅制备研究进展及其在锂离子电池方面的应用

多孔硅具有比表面积大、发光性能良好等特点,目前对于多孔硅的研究已经涉及到生物与化学传感器、药物递送、光催化、能源等领域。多孔硅中的孔隙可有效缓解硅在锂化时的体积膨胀,缩短锂离子从电解液向硅本体扩散的距离,促进高电流密度下的充放电过程。因此,多孔硅在储能领域得到了广泛研究与发展。但是一些挑战仍然存在,如制备成本、刻蚀机理、多孔结构的调控、多孔硅的电化学性能等还不能满足商业化应用的要求。本文对目前国内外多孔硅制备方法的研究进行了综述,并详细介绍了多孔硅在锂离子电池领域的应用。最后,对多孔硅材料在储能领域的发展进行了展望。     

The effect of lithium salt type on ionic conductivity of poly(vinylidene difluoride)-based solid polymer electrolytes

Abstract

Recently, research on solid polymer electrolytes (SPEs) for lithium-ion batteries (LIBs) has been actively carried out as an alternative to conventional liquid electrolytes that present safety issues such as flammability and explosion. However, the SPEs show relatively low ion conductivity, compared to the liquid electrolytes. In this study, a poly(vinylidene difluoride) (PVDF)-based SPE was prepared by introducing two different electrolytes; one is weak-binding lithium bis(trifluoromethane)sulfonimide (LiTFSI) salt mixture with solvating plastic crystal succinonitrile (SN) and the other is lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) salts. Among the SPEs studied, the PVDF/LiFSI-containing SPE membrane exhibited the highest room temperature ion conductivity of 1 x 10^?3 S/cm, characterized by electrochemical impedance spectroscopy (EIS).