熔鹽法再生修復(fù)退役三元?jiǎng)恿﹄姵卣龢O材料
發(fā)布時(shí)間：2021-04-10 23:15
本文主要針對(duì)普遍使用的廢棄鋰離子電池正極材料NCM523進(jìn)行綠色回收,工藝極富創(chuàng)新性,且簡(jiǎn)單可行,直接對(duì)廢棄三元正極材料進(jìn)行NCM523再生修復(fù)。在空氣氣氛中,采用低共熔混合物L(fēng)iNO3-LiOH為鋰鹽進(jìn)行補(bǔ)鋰修復(fù)再生,從而把廢棄失效的NCM523重新修復(fù)成初始比容量的材料。X射線衍射（XRD）、電感耦合等離子光譜發(fā)生儀（ICP）、掃描電子顯微鏡（SEM）結(jié)果表明通過(guò)熔融的鋰鹽為失效正極材料補(bǔ)鋰,并加以短暫煅燒過(guò)程可以將失效的正極材料組分和晶體結(jié)構(gòu)都恢復(fù)至原始狀態(tài),電化學(xué)結(jié)果顯示,在0.1 C的充放電電流密度和2.8～4. 25 V的電壓范圍內(nèi),300℃/3 h-850℃/4 h修復(fù)再生后的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2首次放電比容量為161. 2mA·h/g （0.1 C）,充放電庫(kù)侖效率為87. 8%。1 C條件下循環(huán)100次后,放電比容量為132. 6 mA·h/g,相比于未處理的廢棄三元正極材料,倍率性能和循環(huán)性能得到大幅度提高,與商業(yè)NCM523材料相差無(wú)幾。...
【文章來(lái)源】：儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2020,9(03)CSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)
【部分圖文】：
失效三元正極NCM523極片的TG-DTG圖(a)和紅外光譜圖(b)
新鮮的和循環(huán)的顆粒SEM圖像和尺寸分布如圖3所示，結(jié)果表明失效三元正NCM523材料在不同條件下修復(fù)再生前后的形貌和粒度幾乎保持不變。修復(fù)再生后的三元正極NCM523材料的SEM圖像所有樣品均表現(xiàn)出相似的形態(tài)和粒徑分布，說(shuō)明再生方法不影響其形態(tài)和粒徑[16]。2.5 電化學(xué)性能分析
從圖2中可得出結(jié)論，所有樣品的特征峰與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的圖譜完全一致，不存在雜相，衍射峰強(qiáng)而尖銳，半峰寬窄，說(shuō)明晶體結(jié)晶性良好，為α-NaFeO2型六方層狀結(jié)構(gòu)，但是各樣品的衍射峰強(qiáng)比、特征峰的分裂程度還是有所差異。修復(fù)再生后材料的XRD圖譜如圖2所示，修復(fù)再生后的材料都有很高的強(qiáng)度比I(003)/I(104)，說(shuō)明具有很好的的層狀結(jié)構(gòu)[11]。將不同樣品的XRD圖譜進(jìn)行Rietveld結(jié)構(gòu)精修結(jié)果見(jiàn)表2，所得晶胞參數(shù)a（表征層內(nèi)金屬-金屬的距離）、c（表征層間距）、c/a（表征各向異性）、混排率、I003/I104（表征陽(yáng)離子混排程度）歸納于表2。c/a>4.9時(shí)代表形成了層狀結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)形成好壞和該值為正相關(guān)關(guān)系[12]。c/a值越大可間接表明鋰離子在層間的脫嵌程度越順暢，I003/I104峰強(qiáng)比值和陽(yáng)離子混排程度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，比值<1.2通常認(rèn)為Ni2+占據(jù)了Li+位，這樣混排會(huì)使三元材料出現(xiàn)不可逆容量損失[13]。(110)和(018)峰的分裂表征的是二維層狀結(jié)構(gòu)，分裂程度越大則結(jié)構(gòu)越好[14]。當(dāng)I003/I104>1.2，電化學(xué)性能則越好。顯然300℃/3 h-850℃/4 h為最理想的樣品，結(jié)晶度高且離子混排程度最小，層狀結(jié)構(gòu)也最好，相應(yīng)的電化學(xué)性能也最好。300℃/2 h樣品晶格發(fā)育不完善，材料六方晶胞的形成無(wú)序化嚴(yán)重[15]，繼續(xù)保溫時(shí)長(zhǎng)延長(zhǎng)至4 h,(110)和(018)峰的分裂不明顯，特征雙峰的分裂程度和I003/I104值反而趨降，這可能是保溫時(shí)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，形成了非晶態(tài)物質(zhì)，陽(yáng)離子混排程度明顯，導(dǎo)致層狀結(jié)構(gòu)蛻變[16]，所以保溫3 h是相對(duì)合適的保溫時(shí)長(zhǎng)。2.4 SEM分析
本文編號(hào)：3130510
【文章來(lái)源】：儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2020,9(03)CSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)
【部分圖文】：
失效三元正極NCM523極片的TG-DTG圖(a)和紅外光譜圖(b)
新鮮的和循環(huán)的顆粒SEM圖像和尺寸分布如圖3所示，結(jié)果表明失效三元正NCM523材料在不同條件下修復(fù)再生前后的形貌和粒度幾乎保持不變。修復(fù)再生后的三元正極NCM523材料的SEM圖像所有樣品均表現(xiàn)出相似的形態(tài)和粒徑分布，說(shuō)明再生方法不影響其形態(tài)和粒徑[16]。2.5 電化學(xué)性能分析
從圖2中可得出結(jié)論，所有樣品的特征峰與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的圖譜完全一致，不存在雜相，衍射峰強(qiáng)而尖銳，半峰寬窄，說(shuō)明晶體結(jié)晶性良好，為α-NaFeO2型六方層狀結(jié)構(gòu)，但是各樣品的衍射峰強(qiáng)比、特征峰的分裂程度還是有所差異。修復(fù)再生后材料的XRD圖譜如圖2所示，修復(fù)再生后的材料都有很高的強(qiáng)度比I(003)/I(104)，說(shuō)明具有很好的的層狀結(jié)構(gòu)[11]。將不同樣品的XRD圖譜進(jìn)行Rietveld結(jié)構(gòu)精修結(jié)果見(jiàn)表2，所得晶胞參數(shù)a（表征層內(nèi)金屬-金屬的距離）、c（表征層間距）、c/a（表征各向異性）、混排率、I003/I104（表征陽(yáng)離子混排程度）歸納于表2。c/a>4.9時(shí)代表形成了層狀結(jié)構(gòu)，層狀結(jié)構(gòu)形成好壞和該值為正相關(guān)關(guān)系[12]。c/a值越大可間接表明鋰離子在層間的脫嵌程度越順暢，I003/I104峰強(qiáng)比值和陽(yáng)離子混排程度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，比值<1.2通常認(rèn)為Ni2+占據(jù)了Li+位，這樣混排會(huì)使三元材料出現(xiàn)不可逆容量損失[13]。(110)和(018)峰的分裂表征的是二維層狀結(jié)構(gòu)，分裂程度越大則結(jié)構(gòu)越好[14]。當(dāng)I003/I104>1.2，電化學(xué)性能則越好。顯然300℃/3 h-850℃/4 h為最理想的樣品，結(jié)晶度高且離子混排程度最小，層狀結(jié)構(gòu)也最好，相應(yīng)的電化學(xué)性能也最好。300℃/2 h樣品晶格發(fā)育不完善，材料六方晶胞的形成無(wú)序化嚴(yán)重[15]，繼續(xù)保溫時(shí)長(zhǎng)延長(zhǎng)至4 h,(110)和(018)峰的分裂不明顯，特征雙峰的分裂程度和I003/I104值反而趨降，這可能是保溫時(shí)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，形成了非晶態(tài)物質(zhì)，陽(yáng)離子混排程度明顯，導(dǎo)致層狀結(jié)構(gòu)蛻變[16]，所以保溫3 h是相對(duì)合適的保溫時(shí)長(zhǎng)。2.4 SEM分析
本文編號(hào)：3130510
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