Al2O3包覆LiMn2O4正极材料的合成和电化学性能研究

研究了在锂离子电池尖晶石LiMn2O4正极材料上包覆Al2O3来改善材料在循环过程中的容量衰减问题。通过SEM和X射线衍射研究材料的表观形貌和晶体结构，在电化学性能测试中，发现包覆Al2O3可以减少材料与电解液的直接接触，阻止了电解液对尖晶石的侵蚀，抑制锰离子在电解液中的溶解和由此带来材料结构的改变，以及与电解液中微量的HF反应，避免了HF对锰离子溶解的加速作用。从电化学循环测试后材料的X射线图谱上可以发现，LiMn2O4材料包覆Al2O3后，可以在很大程度上抑制循环过程中MN5O8杂相峰的出现。     

一种巯基螯合剂的合成及处理镍矿废水的研究

由对甲基苯硫酚和甲醛在氢氧化钠水溶液中反应, 合成了新型螯合剂2-羟甲基-4-甲基苯硫酚, 并对其进行了红外表征。考察了不同对甲基苯硫酚与甲醛摩尔比、氢氧化钠用量、反应温度和反应时间条件下螯合剂对镍离子去除率的影响。处理镍离子浓度为625 mg/L镍矿废水, 一次性投加理论量1.3倍的螯合剂或镍质量17.8倍的混合药剂, 镍离子浓度分别下降为0.98 mg/L和0.85 mg/L, 完全达到国家标准。同时螯合沉淀物经12 mol/L盐酸解螯合, 解螯合率达97%以上。     

2，4-二羟基苯甲酸对赤铁矿和石英的抑制性能

通过单矿物试验比较了2,4-二羟基苯甲酸对赤铁矿和石英的抑制性能,结果显示,该药剂对石英有较强的的抑制作用,而对赤铁矿的抑制作用弱得多。在矿浆pH=8.4条件下,以30.4 mg/L油酸钠为捕收剂、40.2 mg/L 2,4-二羟基苯甲酸为抑制剂分选赤铁矿与石英的人工混合矿（配比为32）,可取得精矿铁品位64.03%、铁回收率90.66%的分选指标。动电位测试和红外光谱分析结果表明,2,4-二羟基苯甲酸在石英表面发生吸附时,依靠的是氢键作用。     

以废旧NCM523型电池正极材料浸出液制备NiCo2O4和Li2CO3研究

采用湿法冶金方法回收废旧NCM523型锂离子电池正极材料中的镍、钴和锂, 正极材料的硫酸浸出液经净化除杂后, 采用“水热沉淀-煅烧法”制备NiCo₂O₄, 再采用化学沉淀法回收锂。研究了添加剂种类、水热温度及时间、煅烧温度对产物形貌的影响。结果表明, 以电极材料硫酸浸出液为原料, 以草酸作沉淀剂、六次甲基四胺作表面活性剂, 在140 ℃下水热反应4 h, 得到NiCo₂O₄前驱体; 前驱体在300 ℃下煅烧2 h, 得到形貌均匀的棒条状NiCo₂O₄材料; 采用饱和Na₂CO₃溶液沉淀水热反应母液中的锂, 得到Li₂CO₃。该工艺初步实现了废旧电池正极材料中有价金属镍、钴和锂的回收利用。     

纳米LiMn2O4的制备

以硝酸锂、硝酸锰为原料,柠檬酸作为络合剂,采用溶胶一凝胶法获得前驱体,然后将前驱体在空气气氛中焙烧制备了纳米LiMn2O4。采用DTA-TG对前驱体的热分解行为进行了研究,用XRD考察了合成产物的结构和纯度,用SEM对合成产物进行了形貌观察和尺寸测量,并采用氧化一还原返滴定方法测定了合成产物中锰的平均化合价。试验结果表明,在300℃时已有明显的尖晶石LiMn2O4相出现;经300℃预处理后产物的质量明显提高;合成产物的粒度和晶格常数随温度升高而增加;预处理后合成产物的形貌呈球形,颗粒尺寸在30nm左右且分布均匀;锰的平均化合价为3．498与理论值吻合的较好。     

锂锰氧化合物的分子模型及理论容量计算

以LiNO₃ 和电解MnO₂ 为原料, 以含羟基有机溶剂和水的混合溶液为分散剂, 采用流变相法合成尖晶石型Li_xMn₂O₄, 提出了锂锰氧的分子模型并计算了其理论容量。结果表明, 在700～800 ℃温度范围, 所得化合物为化学计量尖晶石型材料, 其理论容量为148 mAh/g;当合成温度达900 ℃以上时, 产物为缺氧型尖晶石, 其理论容量为120 mAh/g, 材料中电化学活性物质Mn³⁺的含量降低是材料理论容量降低的主要原因。实验结果表明, 当锂锰摩尔比为0.488 时, 锰的平均氧化价态为3.52, 在煅烧温度为760 ℃时, 所合成锂锰氧材料的充电容量可达128.1 mAh/g, 放电效率为92.3%。     

LiFePO4-Na2CO3体系焙烧过程物相变化及Li、Fe回收研究

LiFePO4作为正极材料在电动汽车动力电池中获得广泛使用,其报废后再利用理论和工艺是当前研究的热点问题。本文提出了一种采用碱性焙烧联合酸性浸出从LiFePO4中提取Li、Fe的新型回收方法,并对LiFePO4-Na2CO3体系焙烧过程中的物相变化进行了研究。研究结果表明：LiFePO4-Na2CO3作用体系以质量比1:0.67混合在800~950 ℃焙烧,过程是包含化合物分解反应、氧化反应及化合物生成反应等反应类型的复杂反应,焙烧产物的物相组成为Fe2O3、Fe3O4、NaLi2PO4、LiNa5(PO4)2。浸出液使用磷酸溶液(pH=0)、浸出温度50 ℃、浸出时间60 min、液固比为20 mL/g,并用磷酸控制浸出终止pH=1的条件下,焙烧产物中Li的浸出率均大于98%,Fe的浸出率低于9%。     

锂离子电池Na_2Li_2Ti_6O_(14)负极材料的合成与电化学性能

采用高温固相法成功合成了新型钛基负极材料Na_2Li_2Ti_6O_(14),并研究了其结构及电化学性能。利用高分辨透明电镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)及其Rietveld精修、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)表征分析了材料的物相和显微结构。结果表明,合成的Na_2Li_2Ti_6O_(14)负极材料为纯相,具有Fmmm空间群结构;Na_2Li_2Ti_6O_(14)颗粒约为500~800 nm,Na、Ti和O三种元素分布均匀。循环伏安(CV)、充放电及电化学阻抗谱(EIS)测试表明,材料具有较好的锂离子脱嵌可逆性,较好的倍率性能和循环稳定性。钛电流密度为500 m A/g充放电时,Na_2Li_2Ti_6O_(14)材料的首次脱锂(充电)容量为180 m A·h/g,100次循环后可逆容量为136 m A·h/g;100次循环后,Na_2Li_2Ti_6O_(14)材料的电荷转移电阻增加,锂离子扩散系数略有下降,表明Na_2Li_2Ti_6O_(14)材料在循环后SEI膜的生成,降低了材料的电化学活性。     

合成温度与时间对尖晶石LiMn2O4性能的影响

采用高温固相合成法制备尖晶石LiMn2O4锂离子电池正极材料,研究合成温度与合成时间对尖晶石LiMn2O4晶体结构和电化学性能的影响。结果表明,尖晶石LiMn2O4晶体结构和电化学性能随合成温度和时间的增加而提高,但合成时间超过24h后对材料结构与性能的影响不大。     

NiFe2O4@LiMn2O4正极材料的制备及其电化学性能研究

以溶胶-凝胶法制备了不同质量百分比的NiFe₂O₄@LiMn₂O₄复合正极材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和电化学性能测试等手段, 对NiFe₂O₄@LiMn₂O₄材料的结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明, NiFe₂O₄的包覆并没有改变锰酸锂材料的晶体结构;锰酸锂颗粒表面没有观察到NiFe₂O₄材料存在。当NiFe₂O₄包覆量为1%时, 复合材料具有较好的电化学性能, 其首次充放电效率、循环性能和倍率性能都得到了一定程度的提高, 此时NiFe₂O₄呈薄膜型包覆在锰酸锂颗粒的表面, 厚度约为14 nm, 首次放电比容量(0.1C)为121.2 mAh/g, 10C倍率放电条件下放电比容量为84.8 mAh/g, 1C循环400周后容量保持率为90.64%。     

废旧镍钴锰电池回收工艺及污染控制概述

系统介绍了废旧镍钴锰电池回收利用的工艺路线,包括放电、预处理、火法与湿法回收工艺以及电解液的回收等。通过对比各回收方法的优缺点,认为火法-湿法联合处理工艺具有较好的应用前景; 关注每项工艺中产生的二次污染,对污染控制方法进行了总结概括。旨在为废旧镍钴锰电池的绿色回收提供借鉴。     

Li_4Ti_5O_(12)纳米片负极材料的合成及其快速充放电性能

采用水热法合成Li_4Ti_5O_(12)负极材料,研究材料在大倍率条件下的电化学性能。X射线衍射(XRD)分析结果表明所合成的Li_4Ti_5O_(12)材料晶体尺寸在纳米级。透射电子显微镜(TEM)分析结果表明材料的结晶粒度为50~100 nm。电化学充放电测试结果表明该材料在10 C倍率充放电时首次放电比容量达到269.9 m A·h/g,循环50次后稳定在177 m A·h/g左右,显示出优异的快速充放电性能。     

四氧化三锰和电解二氧化锰制备尖晶石型锰酸锂的研究

分别以电解二氧化锰和四氧化三锰为原料, 采用固相法制备了2种锂离子电池正极材料——尖晶石型锰酸锂。结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及电性能测试, 对两种产物的物化性能以及电性能进行了检测分析, 结果表明: 以电解二氧化锰(EMD)和Mn₃O₄为原料, 在合适的条件下都能制备出性能较好的锰酸锂正极材料; 由Mn₃O₄制备的锰酸锂呈晶粒大小较为均匀的单晶八面体形貌; 由电解二氧化锰制备的锰酸锂呈晶粒大小不均匀的二次颗粒形貌; 用Mn₃O₄制备的锰酸锂1C下循环700次, 其容量保持率为105.3%; 而以电解二氧化锰制备的锰酸锂1C下循环700次, 其容量保持率为79.0%。