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.     

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。     

改进锂离子电池正极材料磷酸锰锂电化学性能的研究进展

磷酸锰锂(LiMnPO4)是一种非常有前途的锂离子电池正极材料,它具有理论容量高、工作电压高、成本低和对环境友好等优点。然而,该材料存在电子电导率低和锂离子扩散慢的问题,导致其电化学活性非常低。尽管可以通过碳包覆、离子掺杂或替换、晶粒纳米化等方法改进LiMnPO4的电化学性能,但是,高倍率性能低等仍然是阻碍该材料实际应用的主要问题,如何提高LiMnPO4的电化学反应动力学性能,特别同时提高其电子电导率和锂离子扩散能力仍是该领域亟待解决的关键问题,本文就国内外近年有关改进锂离子电池正极材料磷酸锰锂电化学性能的研究进展进行一个简短总结。     

合肥研究院等研制出高容量长寿命三维石墨烯锂离子电池材料

正中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所刘锦淮和黄行九课题组的副研究员刘金云等在研制高性能石墨烯锂离子电池方面取得新成果,研制了具有高容量长寿命的三维石墨烯纳米复合锂离子电池材料。研究成果发表在国际期刊《先进材料》(Adv.Mater.2016,28,7696-7702)上,并且被选为卷首论文。从便携式电子设备到新能源电动汽车,都对高性能锂离子电池具有迫切需求。作为锂离子电池的核心,     

合肥研究院等研制出高容量长寿命三维石墨烯锂离子电池材料北大核心CSCD

中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所刘锦淮和黄行九课题组的副研究员刘金云等在研制高性能石墨烯锂离子电池方面取得新成果,研制了具有高容量长寿命的三维石墨烯纳米复合锂离子电池材料。研究成果发表在国际期刊《先进材料》（Adv.Mater.2016,28,7696-7702）上,并且被选为卷首论文。     

新疆理化所锂离子电池正极材料磷酸铁锂的研制获进展

3月29日,新疆科技厅组织专家组对中科院新疆理化技术研究所承担的锂离子电池正极材料磷酸铁锂的研制项目进行了成果鉴定。     

尿素共沉淀法制备LiNi0.8Co0.2O2正极材料及其电化学性能

采用尿素共沉淀法合成了LiNi0.8Co0.2O2锂离子电池正极材料,研究了烧结温度、锂源摩尔配比对LiNi08Co02O2晶形结构、形貌以及电化学性能的影响.结果表明,尿素共沉淀法合成LiNi0.8Co02O2样品最佳工艺条件是800℃温度条件下烧结10 h、锂过量5;合成的样品具有较好的电化学性能,以0.2C倍率充放电时首次充放电容量分别为206.4 mAh·g-1和191.6 mAh·g-1,循环30次后容量为178.2 mAh·g-1.     

锂离子电池正极材料Li2FeSiO4/C的制备及性能研究

采用液态混合、固相反应相结合制备了锂离子电池正极材料Li2FeSiO4/C,研究了合成温度对材料结构和电化学性能的影响.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒流充放电,电化学交流阻抗(EIS)等测试方法对材料的结构、表观形貌及电化学性能进行表征.考察焙烧温度对Li2FeSiO4/C材料合成及其性能的影响.结果表明:650℃的样品在25℃以0.1C进行恒流充放电,其首次放电容量为103.31 mAh/g,10次循环后的比容量为81.35mAh/g.     

碳源对锂离子电池正极材料Li3V2（PO4）3性能的影响

分别以柠檬酸、葡萄糖和蔗糖为碳源,采用球磨与碳热还原结合法制备了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C。采用TG-DTA分析确定了合成过程的反应机理。通过XRD、SEM及恒电流充放电等测试研究了碳源对产物物理及电化学特性的影响。结果表明,碳源的选择对产物形貌和电化学性能影响较大。不同碳源制备的材料都具有单一相的Li3V2(PO4)3晶体结构,以柠檬酸为碳源制备的磷酸钒锂综合电化学性能较好,0.1 C和1 C条件下,首次放电容量分别为151.0 mAh·g-1和131.6 mAh.g-1,50次循环后容量保持率为95.0%和96.6%。     

草酸前驱体法制备高性能钠离子电池正极材料NaNi0.5Mn0.5O2

采用草酸前驱体法和传统固相法分别合成了钠离子电池正极材料镍锰酸钠(NaNi0.5Mn0.5O2),并通过XRD,SEM,恒流充放电测试,电化学阻抗图谱(EIS)和循环伏安(CV)等测试方法,考察了两种材料在结构、形貌和电化学性能方面的差异.结果显示,用草酸前驱体法制备的材料为结晶良好的层状结构,无杂相存在,颗粒直径在1μm左右.在0.5C(60 mA·g-1)的倍率下,充放电电压范围为2.0～3.8 V时,草酸前驱体法和高温固相法制备的材料首圈放电比容量分别为119.4 mAh·g-1和123.7 mAh·g-1,100次循环后,容量保持率分别为58.3;和35.6;.基于工艺上的简单和有效特性,草酸前驱体法很有潜力作为规模制备钠离子电池层状氧化物正极材料的方法.     

碳球/Fe3O4“海胆”状复合材料的制备及应用研究

以水热法合成的单分散碳球和三价铁盐为原料,通过水解反应和热还原得到碳球/Fe3O4“海胆”状复合材料.复合材料的结构和形貌特征通过SEM、EDS和XRD等进行表征,并通过充放电测试研究了复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能.由于Fe3O4和球状碳材料各自独特的结构和优异的性能,二者之间的相互协同作用为复合材料提供了更多的储锂位点,提高了材料的电化学性能.用制得的复合物做为负极材料装配的扣式锂离子电池在电流密度为0.1A·g-1时的首次可逆放电比容量可达986 mAh·g-1,显示出优良的容量特性,但材料的倍率性能仍有待提高.     

以酚醛树脂为碳源合成锂离子电池正极材料Li3V2 (PO4)3/C

以酚醛树脂为碳源,分别采用了固相法和溶胶凝胶法合成了锂离子电池正极材料Li3V2(PO4)3/C.结果表明,高分子材料酚醛树脂是一种优良的碳源材料,其热解后得到的导电网络能够有效的提高Li3V2(PO4)3的电化学性能;两种试样的充放电曲线和交流阻抗图谱体现出了试样良好的可逆性,其极化程度很低,电荷转移电阻小;而相对于固相法来讲,溶胶凝胶法和表面活性剂CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)的共同作用能够有效的将颗粒粒径控制在纳米级别.用这种方法合成的试样在15 C下充放电比容量也能高于90 mAh/g,5C倍率下循环50次比容量无衰减,证明了以酚醛树脂为碳源并采用溶胶凝胶法合成的试样具有很好的倍率性能与循环性能.     

富锂锰基正极材料衰减机理及改性研究现状

富锂锰基正极材料因具有能量密度高、成本低廉以及环境友好等优点,成为最具发展潜力的动力型电池材料之一.然而,由于循环过程中材料电化学性能的衰减,阻碍了其实际商业应用.本文介绍了富锂锰基正极材料的结构特性和充放电机理,综述了其首次和循环过程中的衰减机理及几种重要的抑制材料性能衰减的改性方法,并对富锂锰基正极材料的进一步发展进行了展望.     

纳米分散颗粒Li1.2Ni0.2Mn0.6O2材料的制备及性能

以乙酸盐和一水合柠檬酸为原料,采用溶胶-凝胶法合成锂离子电池纳米级富锂锰基正极材料Li1.2 Ni0.2 Mn0.6 O2.X射线衍射(XRD)结果显示所得产物为结晶度良好、离子混排程度低的纯相结构材料;扫描电镜(SEM)结果显示所得材料为纳米颗粒(颗粒直径均在300 nm以内),且具有圆形或者正六边形形状结构,表面光滑,粒度分布均匀.研究了高温焙烧温度对Li1.2 Ni0.2 Mn0.6 O2材料结构形貌及电化学性能的影响,重点探讨了结构形貌对电化学性能的影响规律.实验结果表明:当焙烧温度为850℃和900℃时,材料的形貌结构更好,电化学性能更为理想.     

艾奇逊炉提纯碳纳米管的组织结构性能表征

碳纳米管作为锂离子电池正极导电剂已经在中国得到了普遍应用,作为电池导电剂的碳纳米管需要提纯处理.本文研究了利用艾奇逊炉对化学气相沉积的碳纳米管在3 000℃进行提纯处理后的组织结构和电学性能,利用扫描电子显微镜(SEM),电子能谱仪(EDS),等离子体发射光谱仪(ICP),红外光谱仪(FT-IR),热重分析仪(TGA),X射线光电子谱仪(XPS),拉曼光谱分析仪,四探针薄膜电阻仪对艾奇逊炉提纯的碳纳米管进行了检测.结果 表明高温提纯的碳纳米管的含铁量可降低到71 ppm,氧化物含量低于0.45wt;,晶格缺陷大幅减少,石墨组织结构完整,表面官能团少,具有体积电阻率0.050 ～0.035 Ω·cm,作为电池电极的导电材料,可以用于动力电池正极.     

介孔球形LiFePO4/C原位复合材料制备与表征

磷酸铁锂由于其安全性好,价格低廉,理论比容量高等优势而成为一种重要的锂离子电池正极材料.本文利用微生物法与水热法相结合的新方法成功制备出介孔LiFePO4/C原位复合材料.以微生物为模板和碳源,通过与金属离子和磷酸根离子的矿化作用形成盐类混合物,经200℃水热反应,从而形成LiFePO4/C原位复合材料.通过结构与性能表征,该复合材料具有介孔球形结构,在0.1C倍率下的首次放电容量可达到134 mA·h.g-1,比普通水热法合成的样品的比容量提高了近30;,且其充放电性能有着很好的对称性和较小的极化现象.其性能显著提高的主要原因是材料具有介孔球形结构和原位复合碳的存在,从而促进了锂离子的嵌入与脱出和电子传导.     

锂离子电池正极材料V6O13的合成与电化学性能

分别采用固相法、水热法和溶剂热法制备了锂离子电池正极材料V6O13.研究了不同方法制备的V6O13的物相、形貌及电化学性能.结果表明:固相法和水热法得到的V6O13纯度较低,但结晶较好;而溶剂热法合成的V6O13物相纯净,样品呈片状结构;水热法和溶剂热法制备的样品均有微量的晶格收缩.电化学性能测试表明,固相法和水热法得到的V6O13首次放电容量较大,但衰减快;溶剂热法制备的V6O13首次放电容量略低,但循环性能优异,经过52次循环,其放电比容量保持在220 mAh/g,没有衰减.     

LiVPO4F电子结构及锂离子扩散特性的理论研究

基于密度泛函理论第一性原理计算的方法研究了锂离子电池正极材料LiVPO4F的晶体结构、电子结构、磁性、插入电压与扩散特性.结果表明,P-O共价键的稳定性较强,在脱锂过程中LiVPO4F的晶体结构始终保持稳定, 体积变化率只有3;.费米能级附近的电子状态主要受V-3d轨道电子的影响,脱锂后体系带隙减小.体系脱锂前后都存在着自旋极化现象,脱锂后体系磁性减弱.LiVPO4F的平均插入电压为4.53 V,这与实验结果4.30 V比较吻合.Li比其他的原子有十分明显的向外扩散的趋势.     

快离子导体Li1.5Y0.5Zr1.5(PO4)3包覆层对富镍三元正极材料电化学性能的影响

研发富镍低钴的先进正极材料是目前提高锂离子电池能量密度和降低电池成本的有效办法。然而,随着Ni含量的增加,富镍层状氧化物普遍存在前驱体合成困难、结构不稳定和界面活性高等一系列问题,阻碍了富镍层状氧化物正极材料的市场化推广。本文采用优化的共沉淀法制备出结构稳定的LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂(NCM811)正极材料,同时在NCM811材料表面均匀包覆快离子导体Li_1.5Y_0.5Zr_1.5(PO₄)₃涂层,以克服富镍层状氧化物界面结构不稳定和易受电解液腐蚀的难题。在4.5 V高截止电压下,改性样品0.2 C的放电比容量为214.2 mAh·g^-1,10 C的放电比容量高达158.8 mAh·g^-1,高于原始样品的203.7 mAh·g^-1(0.2 C)和82.7 mAh·g^-1(10 C)。同时,改性样品在4.3 V下经1 C循环200次后的容量保持率高达84.7%,高于原始样品(61.94%)。     

低温引入碳对锂离子电池材料SnO2阳极行为的影响

以SnO2和葡萄糖为原料,采用一种简单的低温水热法制备了SnO2/C复合材料.采用SEM, TEM, XRD, TG和电化学测试系统对SnO2/C复合材料进行研究,研究结果表明:样品由亚微米大小球形颗粒组成,碳含量大约1.5 wt;.作为锂离子电池负极材料,SnO2/C复合材料展现了高达52.7;的起始库仑效率和753.4 mAh/g的可逆容量,而没有碳复合的SnO2材料仅显示了39.8;的起始库仑效率和548 mAh/g的可逆容量.SnO2/C复合材料也展现了良好的循环性能和稳定的高倍率性能.这表明水热法低温引入碳是SnO2/C复合材料具有良好电化学性能的重要影响因素.