高镍正极材料LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2双包覆改性及软包锂离子电池应用研究

对电极材料进行包覆改性,是提升锂离子电池能量密度、循环寿命和安全性等重要特性的有效策略。基于高镍三元正极材料Ni_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂（Ni83）,通过纳米ZrO₂和纳米B₂O₃双组分包覆,制备得到了ZB-Ni83材料,并对其材料特性和软包锂离子电池性能进行了研究。ICP-OES元素分析结果表明,ZrO₂和B₂O₃已成功实现包覆,ZB-Ni83材料中锆含量为0.166 4%,硼含量为0.068 9%。XRD和SEM结果表明,ZB-Ni83材料为具有层状结构和良好结晶度的紧密实心二次球形颗粒,该结构有利于提高材料的振实密度及电解液浸润性。采用ZB-Ni83正极材料的软包锂离子电池具有良好的倍率、循环和安全性能。在2 C条件下,ZB-Ni83电芯的比容量为182 mA?h?g^–1、容量保持率为92.6%;在45 ℃高温循环及截止容量保持率85%条件下,ZB-Ni83电芯的循环次数约为1100次,而原始Ni83电芯的循环次数仅为约600次。对ZB-Ni83电芯进行满电130 ℃的热箱实验,结果未发生破裂、冒烟、爆炸、着火等现象。本研究为高镍材料的创新和改进提供了实验参考和可行思路。     

锂金属专刊 废旧动力锂离子电池中LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正极材料的回收与再利用

通过碱液浸出法对废旧动力锂离子电池中的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料进行处理,在NaOH浓度为0.5 mol/L、固液比为0.1 g/mL条件下,25 ℃超声15 min,浸出率可达100 %。将浸出物料通过共沉淀法,控制陈化时间分别为16、20和24 h制备新NCM523正极材料。当陈化时间为20 h时,SEM结果表明所制备出的材料形貌呈类球型,表面最为光滑。XRD精修数据显示其锂镍混排值最低,为3.21 %。将其组装成扣式电池后,在0.1 C下首次放电比容量为153.1 mAh/g,库伦效率为83.49 %。在2.0 C下循环50圈后,放电比容量为120.4 mAh/g,容量保持率为89.9 %。     

Mn掺杂Co3O4电催化剂的制备及析氧反应性能研究

氢能对于缓解能源危机和环境污染意义重大。电化学水分解过程中,阳极析氧反应（OER）作为能量转换装置的关键半反应,由于电子-质子转移形成了复杂的中间产物,导致动力学缓慢,限制了产氢速率。传统OER催化剂包括二氧化铱、二氧化钌等贵金属,存在储量低、价格昂贵、稳定性差等缺点,因此设计开发高效、廉价的非贵金属OER催化剂是解决OER动力学缓慢问题的关键。尖晶石氧化物（AB₂O₄）具有特殊的电子结构和优异的OER 性能,并可通过杂元素原子掺杂进一步提高其OER性能,被认为是一种具有潜力的非贵金属电催化剂。采用一步水热法,合成了Mn掺杂Co₃O₄电催化剂Mn-Co₃O₄,研究了其电催化性能和稳定性。结果表明,利用Mn原子的掺杂,构建了氧桥连的Mn-O-Co配位结构,通过协同耦合作用,提高了Mn-Co₃O₄的OER催化性能。制备的Mn-Co₃O₄ 催化剂表现出高效的催化活性,在电流密度10和100 mA?cm^-2下,其过电位分别为 270和335 mV。Mn-Co₃O₄同时表现出快速的动力学性能,Tafel斜率低至74 mV?dec^-1。此外,Mn-Co₃O₄还具有优异的稳定性,在电流密度10 mA?cm^-2下可稳定保持40 h。本研究为开发高效的OER催化剂提供了思路 。     

具有高效光催化析氢和污染物降解性能的三维多孔V2O5/g-C3N4制备

面对能源日益短缺和水环境污染问题,开发高性能催化剂用于光催化析氢和污染物降解具有重要意义。采用热聚合法制备复合催化剂V₂O₅/g-C₃N₄,测试结果表明该复合催化剂具备稳定的三维多孔结构,比表面积大,表面活性位点多。V₂O₅负载可以增强g-C₃N₄的光吸收能力,促进光生电荷的分离转移,进而提高其光催化活性。在可见光照射下V₂O₅/g-C₃N₄具有优异的产氢活性和较高的光催化降解RhB性能,其析氢活性为1.38 mmol?g^-1?h^-1,降解RhB性能为96.85%。通过活性粒子捕获实验探究了催化过程中RhB的降解机制,结果表明在RhB的光催化降解过程中超氧自由基起着至关重要的作用。该研究对制备高活性的可见光响应催化剂具有指导意义。     

Zn取代对尖晶石Li2MnTi3O8负极材料微观结构及电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶结合固相烧结的方法制备了具有复杂尖晶石结构(空间群为P4332)的Li₂Mn_1-xZn_xTi₃O₈(x=0,0.1,0.5)负极材料。研究了Zn部分取代Mn对Li₂MnTi₃O₈材料微观结构及电化学性能的影响。结果显示,Zn取代之后,Li₂MnTi₃O₈材料的晶胞体积以及晶粒尺寸有明显的降低,然而颗粒大小却没有显著的变化。电化学测试结果表明,Zn取代对改善Li₂MnTi₃O₈材料电化学性能非常有利,在0.1C倍率条件下进行充放电, 50次充放电循环之后,Zn取代之后的材料放电容量为269mAh/g(Li₂Mn_0.9Zn_0.1Ti₃O₈),298mAh/g(Li₂Mn_0.5Zn_0.5Ti₃O₈),且都在第一次循环之后表现出优异的循环稳定性。在1C倍率条件下充放电36次,材料的放电容量得到了显著提高,并且在一定程度上提高了材料的循环稳定性。     

Nb掺杂改性LiNiO2正极材料的制备及电化学性能研究

高镍层状氧化物LiNiO₂具有高理论比容量和相对低廉价格,被认为是下一代锂离子动力电池的正极材料之一。当LiNiO₂正极材料应用于锂离子电池时,其循环稳定性无法满足要求,需经改性后才能得以应用。采用固相法合成了Nb掺杂的层状LiNi_1-xNb_xO₂（x=0.005、0.01、0.015）正极材料,利用X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线能谱等测试手段,分析了Nb掺杂量（摩尔百分比）对其晶体结构、微观形貌及元素分布的影响,并通过恒电流间歇滴定和交流阻抗测试研究了其电化学性能。结果表明,随着Nb元素掺杂量的提高,LiNi_1-xNb_xO₂材料的晶格晶面间距逐渐扩大,一次颗粒尺寸逐渐减小。在LiNiO₂材料中引入Nb⁵⁺离子,提高了LiNi_1-xNb_xO₂材料的锂离子扩散系数,并通过稳定晶体结构,抑制了Nb掺杂材料在充放电过程中的相变,有利于其电化学性能的提升。当Nb掺杂量为1%时,LiNi_1-xNb_xO₂材料表现出较好的倍率性能,在10 C大电流密度下的放电比容量高达134.1 mAh?g^-1;随着Nb掺杂量的增加,LiNi_1-xNb_xO₂材料循环稳定性同步提升,当Nb掺杂量为1.5%时,LiNi_1-xNb_xO₂材料经150次循环后的容量保持率为73.3%,远高于未掺杂LiNiO₂样品的36.2%。表明,Nb掺杂可改善LiNiO₂正极材料的晶体结构和电化学性能,为其在下一代锂离子动力电池的应用提供了理论依据。     

新疆某砂岩铀矿CO_2+O_2加压滚瓶浸出试验研究

根据CO_2+O_2地浸采铀工艺技术特点,选取新疆某铀矿山取得的砂岩岩芯铀矿石,自行设计了CO_2+O_2加压滚瓶浸出试验装置,并进行了室内CO_2+O_2加压滚瓶浸出试验。结果表明,当CO_2+O_2总压为2.0 MPa,液固比10:1时,金属铀浸出率达到70%,采用多级浸出和后期加氧化剂强化浸出,铀浸出率达90%以上。说明该矿床铀矿石适合CO_2+O_2浸出工艺,试验结果可为CO_2+O_2现场浸出试验和工程设计提供依据和指导。     

CVD法制备Inconel 718 高温合金表面铝化物涂层高温氧化行为研究

Inconel 718高温合金是燃气轮机和航空发动机热端部件的关键核心材料,其表面通常制备有铝化物涂层,起到提高抗氧化和热腐蚀性能的作用。理解铝化物涂层的高温氧化行为,是提高部件抗高温氧化能力的关键。采用化学气相沉 积（CVD）技术,在Inconel 718高温合金表面制备了铝化物涂层,在大气环境、950 ℃条件下开展了恒温氧化测试,采用扫描电子显微镜、X射线衍射和X射线能谱等手段,研究了其高温氧化行为,并与Inconel 718高温合金进行对比。结果表明：In-conel 718高温合金表面制备的CVD铝化物涂层,其表面粗糙,具有双层结构。外层为富含Ni和Al元素的β-NiAl层,平均厚度为14.1 μm,内层为富含Fe和Cr元素的σ相与富含Nb、Mo和Fe元素的Laves相共存的互扩散层,平均厚度为5.9 μm 。恒温氧化后,Inconel 718高温合金表面氧化生成了Cr₂O₃膜,而CVD铝化物涂层表面氧化生成了α-Al₂O₃膜。Cr₂O₃膜和α-Al₂O₃膜的生长都遵循抛物线型生长规律,Cr₂O₃膜的生长速率常数为0.86 μm?h^-1/2,α-Al₂O₃膜的生长速率常数为0.15 μm?h^-1/2。此外,观察发现Inconel 718 高温合金发生了内氧化,而 CVD铝化物涂层未出现内氧化,两者氧化行为差异的原因在于CVD 铝化物涂层中的β-NiAl相,其氧化生成均匀、连续、致密的α-Al₂O₃ 膜,阻止了内部金属发生进一步氧化。本研究揭示了Inconel 718高温合金和CVD铝化物涂层的抗高温氧化作用机理,为Inconel 718高温合金用高抗氧化性CVD铝化物涂层的制备及应用提供了技术支撑。     

Ti/RuO2-IrO2 阳极在碱性体系的失效行为研究

钛基涂层阳极因其具有优良的电催化性活性和稳定性,在废水处理,氯碱工业、电解、海水防污、阴极保护等领域都有广泛的发展和应用。本论文主要以Ti/RuO2-IrO2阳极为研究对象,对其在碱性析氧条件下的主要失效机制进行了深入的研究。主要通过X射线衍射仪（XRD）、热场发射电子扫描显微镜(SEM)及能谱(EDS)分析其失效前后的形貌和物相变化,利用标准强化电解寿命试验、电化学分析等手段探讨了Ti/RuO2-IrO2涂层阳极在碱性环境中的性能。结果表明,碱性体系中的强化电解并不是均匀的,可分为4个阶段;电极在碱性体系下的腐蚀是由外向内的,Ti/RuO2-IrO2涂层钛阳极的电解失效机制是物理作用和化学作用的叠加,物理变化主要表现为涂层变薄、裂纹加宽甚至剥落,化学变化表现为涂层中的贵金属氧化物逐渐被腐蚀,裸露出钛及其氧化物,导致电阻增大。     

K3Fe(CN)6增强钴镍基硒化物的电化学性能研究

作为一种新型的电化学储能器件,超级电容器具有高功率密度,长循环寿命等优点。然而,超级电容器普遍具有能量密度低的缺陷,限制了其在高能量密度领域的应用。寻找具有高比电容的赝电容电极材料是目前研究重点。此外,在常规电解液中添加氧化还原添加剂,亦被认为是一种有效提升超级电容器电化学性能的手段。采用共沉淀法制备了作为超级电容器电极材料的多孔钴镍基过渡金属硒化物（NCSe）立方体,同时在碱性电解液中添加了具有氧化还原活性的K₃Fe(CN)₆的添加剂。研究结果表明,在电解液中加入K₃Fe(CN)₆,可使超级电容器的电化学特性得到提升。在2 A?g^-1电流密度下,在1 mol?L^-1的KOH电解液中,NCSe比电容仅仅为48.1 F?g^-1;而当电解液中添加0.02 mol?L^-1的K₃Fe(CN)₆后,在同样的电流密度下,NCSe比电容高达1 070.1 F?g^-1。因此,在碱性电解液中加入一定量的具有氧化还原作用的K₃Fe(CN)₆添加剂,可以有效提升超级电容器的电化学性能。     

响应曲面法优化钛铁矿微波辅助磨矿研究

采用微波辐射对攀枝花地区钛铁矿进行加热预处理,通过响应曲面法中模型的优化设计和分析,研究了微波辐射过程中微波功率、处理时间以及物料量对后续选矿过程中磁选精矿产率的影响,并通过方差分析(ANOVA)研究了各个试验因子或交互作用对磁选精矿产率的影响.得到试验优化工艺条件为:微波功率3000W,处理时间29.08 s,物料量42.23 g,后续选矿过程中磁选精矿产率达到71.76%,利用微波辅助磨矿提高攀西地区难处理钛铁矿的磁选精矿产率是可行的.     

废旧三元锂电池正极材料的回收再生研究

本研究利用苹果酸作为浸出剂,过氧化氢作为还原剂,对废旧三元锂电池正极材料有价金属进行浸出试验。通过条件实验,确定出最佳浸出条件为：固液比40 g/L,酸浓度1.2 mol/L,温度90 ℃,时间60 min。此时,Co、Mn、Ni、Li的浸出率分别为97.1%、99.8%、96.9%、98.7%。条件实验结果表明温度对浸出率的影响较大,因此,保持其他因素不变,在高压釜中进行了110℃条件下的浸出试验,Co、Mn、Ni、Li的浸出率分别达到了99.81%、99.93%、99.75%、99.95%。浸出液通过补加相应的离子,采用溶胶凝胶法再制备正极材料,对正极材料的结构、形貌、充放电进行了分析。结果表明,该方法再生的正极材料结晶性能好、表面光滑、无明显的团聚现象、充放电性能良好。     

利用粉煤灰合成沸石的方法研究

通过分析粉煤灰的矿物组成、化学成分和合成方法,指出水热法制备沸石是最佳的方法,指出现行水热合成法中的一步法和两步法存在的主要问题,提出了提高水热合成效果的措施,为粉煤灰合成高品质沸石提供了借鉴。     

硬质合金拉丝模磨损形貌及机理研究

应用扫描电镜和X射线能谱仪分析仪,分析拉拔65#钢丝磨损失效后的硬质合金模具的磨损形貌,并对其磨损机理进行了分析。结果表明,现场生产中拉丝模磨损的主要机理为磨粒磨损、氧化磨损和黏着磨损,同时由于钢丝在模孔入口、出口处与模孔轴线不重合,导致模孔沿径向磨损不均并加速模具磨损。为拉丝生产中减少磨损、延长拉拔模使用寿命提供参考。     

金刚石薄膜涂层硬质合金的耐磨性试验研究

为表征金刚石薄膜涂层硬质合金的耐磨性能 ,引入了“耐磨系数”指标。利用自行设计的试验装置 ,在设定的试验条件下 ,对金刚石薄膜涂层硬质合金等 3种不同材料试件的磨耗比进行对比试验 ,并对试验结果进行讨论。     

磨料射流切割系统能量传输效率的研究

介绍了两种不同形式的磨料射流切割系统,分析了它们的能量传输效率,并用实验进行了验证。研究结果表明：前混合磨料射流切系统具有较高的能量传输效率和较小的切割比能。     

低黏度水玻璃化学注浆材料试验研究

为解决煤矿深部基岩段微裂隙和孔隙性含水地层注浆困难的问题,对溶液型水玻璃化学注浆材料进行了研究。采用正交试验研究了水玻璃模数、水玻璃体积分数、乙二醇二乙酸酯体积分数对浆液胶凝时间、黏度及浆液固砂体抗压强度的影响。正交试验表明:影响浆液胶凝时间最显著的因素为乙二醇二乙酸酯体积分数;影响浆液黏度及固砂体抗压强度最显著的因素皆为水玻璃体积分数。试验结果表明:采用乙二醇二乙酸酯作为水玻璃的胶凝剂可以得到结石体强度较高(约1MPa)、胶凝时间可调(5~30 min)、黏度较低(≤6 mPa.s)的新型水玻璃浆液。     

某矿山胶结充填体力学状态试验研究

根据某矿山现场调查和试验研究,选择有代表性的回采中段进行胶结充填体力学状态试验,获得了有参考价值的下向进路尾砂胶结充填体力学特征,对研究充填体力学状态和矿山生产具有一定的参考作用.     

紫金山新型尾砂胶结充填材料的试验研究

为降低紫金山充填成本,利用矿山废渣制备的新型胶凝材料开展尾砂充填试验。结果表明:分级后的尾砂级配更好,有利于尾砂充填。与水泥尾砂充填结果比较,新型胶固料尾砂充填试块抗压强度明显优于水泥充填试块,28 d抗压强度最高可达水泥的2.4倍。在同等条件下,新型胶固料的充填试块沉缩率(1.62%)小于水泥充填试块沉缩率(5.3%),且新型胶固料与水泥充填料浆的坍落度相近。若采用新型胶固料充填,可选用分级尾砂、矿浆质量分数在74%~76%进行自流充填。     

组装砂轮磨削表面质量研究

建立了组装砂轮磨削表面加工质量的数学模型,以参加磨削的不同粒度元件作为研究对象,研究组装砂轮磨料粒度对加工表面粗糙度的影响规律,分析表明,组装砂轮磨削表面粗糙度完全取决于它的细粒度元件,并通过试验验证:控制组装砂轮磨削粒度大小可以有效控制加工表面质量,该研究结论不受金属材料问题的限制