废旧锂离子电池负极材料回收再生利用研究进展

随着锂离子电池的广泛应用，大量的废旧锂离子电池产量逐年增加，由于负极材料容量较低(≈175 mAh·g^-1)以及需要较高的工作电势，硅负极材料仍然处于研究阶段，所以对大量的退役锂离子电池石墨负极进行高效回收直接再生具有重要的现实意义。为此，本文介绍近年来废旧锂离子电池石墨负极材料回收利用研究现状，分析废旧石墨负极常用回收利用方法优缺点，主要包括火法回收、湿法回收和材料再生等方案，并对废旧锂离子电池石墨负极材料的高效、绿色回收利用进行了展望。     

锂离子电池正极材料表面包覆的研究进展

锂离子电池正极材料是锂离子电池发展的关键。对锂离子电池正极材料进行包覆是改善其性能的有效方法。锂钴氧和锂锰氧正极材料表面包覆后的循环性能,特别是高温下的循环性能可以得到有效的改善。对于LiFePO4来讲,表面包覆主要是解决这类正极材料导电性问题。文章综述了国内外锂离子电池材料表面包覆的研究现状,提出了作者对将来研究方向的一些看法和建议。     

层状Ni-Mn基锂离子电池正极材料进展

层状Ni—Mn基锂离子电池正极材料具有层状结构镍酸锂(LiNiO2)的高比容量以及尖晶石型结构锰酸锂(LiMn2O4)的高安全性、低价格等特点，是最有可能代替或部分代替LiCoO2的新型正极材料用于小型锂离子电池，同时也可望用作低成本、高安全性和大容量动力型锂离子电池的正极材料。本文综述了层状Li—Ni—Mn—O系化合物和LiNi1/3Mn1／3Co1/3O2的合成工艺、结构特点和电化学性能，阐述了层状Ni—Mn基锂离子电池正极材料的发展、研究开发现状和应用前景。     

锂离子电池负极材料研究概述

锂离子电池已经在新能源动力电池、便携式电子设备及储能领域广泛使用。商业化锂电池大多采用锂过渡金属氧化物/石墨体系作为正负极,由于电池材料本身的理论储锂容量较低,限制了锂电池向高比能量、长使用寿命方向的发展。对于当前成熟的石墨类碳负极材料,其嵌锂能力基本已被充分发挥,难以实现这一目标。本文介绍了应用于锂离子电池负极的相关材料和研究进展,并就作为下一代锂离子电池理想负极材料-硅负极进行了展望。     

锂离子动力电池正极材料的研究进展

介绍了锂离子电池正极材料钴酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂和锰酸锂的性能,以及它们作为动力电池正极材料的可行性。磷酸铁锂和锰酸锂以其优异的性能成为最热的动力电池正极材料,并且锰酸锂的研究及应用进展表明锰酸锂已经成为锂离子动力电池正极材料的首选。     

锂稀有金属在二次电池中的应用

稀有金属锂是锂离子电池的核心元素,锂元素以锂金属氧化物的形式构成了不同空间结构(层状、橄榄石和尖晶石型)的电池正极材料,锂盐构成了电解质的主要成分,金属锂构成了锂离子电池的负极,锂离子通过电解质在正负极之间的嵌入和脱出实现了化学能和电能之间的转化。锂元素构成的不同结构的正极材料在成本、能量、动力、寿命、安全性这5个电池的核心指标上各有优势;不同种类的锂盐在热稳定性、离子迁移率、成本等方面各有千秋;锂金属负极与电解液之间的副反应是锂金属面临的一个主要问题。基于此,本文总结了锂资源储量、分布及应用结构,并基于国内外的研究现状,综合评述了不同结构类型的锂金属氧化物的特点、优势及存在的问题和相应的解决措施,归纳不同锂盐的特点,总结了锂金属作为负极的发展、优势及其存在的问题及相应解决方法,并分析了当今锂离子电池迫切需求的发展方向,预测锂金属对未来科技发展的重要性。     

钾离子电池的研究进展及展望

锂离子电池（LIBS）已经广泛应用到便携式电子产品和电动汽车上.然而,随着锂资源的开采使用,锂离子电池的成本也在逐渐增加.相比之下,地壳中较高的钾含量使得钾离子电池（KIB）成本相对较低.进而,钾离子电池作为一种新型低成本储能器件受到了广泛关注.但钾离子的半径较大,导致充放电过程中,离子嵌入/脱出的动力学性能较差.因此,电池电极材料的选择面临着新的挑战.在对钾离子电池电极材料进行分类和总结的基础之上,重点介绍了石墨及各种形式的碳材料、过渡金属氧化物、合金类等负极材料以及普鲁士蓝、层状金属氧化物、聚阴离子型化合物等正极材料的研究进展,并对钾离子电池的发展进行了展望,以期对高性能钾离子电池的发展提供新思路.     

中科院在高性能锂离子电池电极材料研究中取得进展

正能量密度的提升是锂离子电池领域的研究重点,而正极材料是决定锂离子电池能量密度的关键。镍锰酸锂材料是一种高电压的正极材料,具有高能量密度和良好的倍率性能;然而,其自身的高工作电压会显著加速电极材料表面的副反应,严重损害电极材料的结构稳定性和长循环性能,限制了它在高比能动力电池中的应用。在国家自然科学基金和中国科学院先导项目等     

锂离子正极电池材料LiFePO4合成及改性的研究进展

橄榄石型结构的磷酸铁锂（LiFePO4）材料具有嵌入／脱出锂特性,对锂平台电压3．4V,理论比容量达170mA·h／g。该材料成本低廉,无毒性,对环境友好,充放电过程中能保持晶体结构的高度稳定,循环寿命长,耐高温性能好,可高倍率充放电,不会爆炸,是一种理想的锂离子二次电池正极材料。综述了LiFePO4电池正极材料的合成工艺与改性的研究进展。     

正极材料磷酸铁锂研究进展

近年来,磷酸铁锂作为重要的锂离子电池正极材料得到显著的发展,相较于其他正极材料,磷酸铁锂材料在特定的使用环境下具有明显的优势,其中包括优良的循环性、热稳定性、安全性能。相比之下,磷酸铁锂正极材料存在的电子电导率低、锂离子扩散系数小等缺陷,限制了其在高倍率动力电池等场景下的使用。文章主要从LiFePO_(4)基本概述、材料制备及改性方法等方面,对近年来LiFePO_(4)的发展进行综述,在此基础上对未来发展趋势及材料性能提出预期,并对LiFePO_(4)在产业化进程中的重点问题进行总结。     

锂离子电池富锂正极材料的包覆改性研究进展

随着新能源汽车及储能行业的快速发展,传统正极材料难以满足人们对电池高能量、高密度锂电池的要求。富含Li和Mn的层状氧化物xLi₂MnO₃·(1–x)LiMO₂ (M=Ni,Mn,Co),其高比容量可超过250 mA·h·g–1,有希望成为下一代锂离子电池最理想的正极材料。但是,富锂材料仍存在首次循环不可逆容量高、循环性能差和倍率容量低等问题,为解决这些问题,本文阐述了富锂正极材料的结构和电化学反应之间的构效关系,讨论了金属氧化物、金属氟化物、碳、导电聚合物和锂离子导体等涂层材料对富锂正极材料电化学性能的影响规律及作用机理,同时还对以上涂层在富锂正极材料中应用的优缺点进行了总结。最后,对锂离子电池富锂正极材料的包覆改性的未来发展发现作出展望。      

锂离子电池用CuFe2O4立方颗粒负极材料的合成及其电化学性能

金属氧化物材料具有多倍于商业石墨负极的理论容量,但此类材料在储锂过程中会出现体积膨胀,导致活性物质粉化脱落,影响锂离子电池的循环寿命。以金属有机框架（MOFs）普鲁士蓝立方体为自牺牲模板合成了空心CuFe₂O₄立方颗粒,并将其作为锂离子电池的负极材料。CuFe₂O₄立方块的粒径范围在300~500 nm之间,壳层厚度为40 nm。电化学测试表明CuFe₂O₄立方颗粒在200 mA/g电流密度下循环200次后放电容量仍能达到742.4 mAh/g,出色的性能得益于颗粒的中空结构能够有效缓解因储锂而产生的体积膨胀,从而延长锂离子电池的循环寿命。      

纯电动车用锂离子电池发展现状与研究进展

现阶段, 锂离子电池已经成为电动汽车最重要的动力源, 其发展经历了三代技术的发展(钴酸锂正极为第一代, 锰酸锂和磷酸铁锂为第二代, 三元技术为第三代).随着正负极材料向着更高克容量的方向发展和安全性技术的日渐成熟、完善, 更高能量密度的电芯技术正在从实验室走向产业化.本文从锂离子电池产学研结合的角度, 从电池正负极材料, 电池设计和生产工艺来分析动力电池行业最新动态和科学研究的前沿成果, 并结合市场需求与政策导向来阐述动力电池的发展方向和技术路线的实现途径.      

磷酸钒盐在水系锌离子电池中的应用

锂离子电池因锂资源储量有限、分布不均及一定的安全问题,导致其在大型储能领域的应用受限.水系锌离子电池因其资源丰富、安全环保、易于组装以及价格低廉等优势在大规模储能领域具有极大前景.但是由于锌离子与正极材料基体具有较强的静电吸附作用,导致其动力学缓慢以及部分正极材料在水系电解液中存在溶解等问题,限制了水系锌离子电池的发展.在目前的正极材料中,磷酸钒盐因其结构稳定、电压平台高、功率密度高等特点受到研究者的关注.然而,磷酸钒盐作为水系锌离子电池正极材料时,较差的电子电导率和溶解问题,制约其循环稳定性和倍率容量.本文综述各类磷酸钒盐及其衍生物的物相结构、合成方法、储锌性能和储锌机制,归纳提高电化学性能的方法如构建纳米结构、调节电子结构、包覆导电材料、调控电解液等.最后,总结了磷酸钒盐储锌正极材料现阶段存在的挑战,并对其未来的发展方向提出了展望.     

富锂材料Li[Li0.2Mn0.54Co0.13Ni0.13]O2的ZrO2包覆及电化学性能

近几年,锂离子电池富锂材料xLi₂MnO₃·(1-x) LiMO₂(M=Ni、Co、Mn等) 由于其高放电比容量、高电压、低廉的价格受到人们越来越多的关注.但是,富锂材料循环性能差、倍率性能低、首圈充放电效率低和电压降等问题是阻止富锂材料商业化的几个主要原因。采用液相法合成富锂材料Li[Li_0.2Mn_0.54Co_0.13Ni_0.13]O₂,通过表面包覆一层ZrO₂, 放电倍率1 C下循环100圈之后,2% ZrO₂包覆量的富锂材料的放电比容量比未包覆的放电比容量多53.8 mAh/g,大大提高富锂材料的循环性能.      

废旧特斯拉电池LiNi0.815Co0.15Al0.035O2正极物料选择性焙烧转型提锂

在“碳达峰碳中和”战略目标下,新能源产业受到国家政策的大力扶持,我国锂电新能源产业迅猛发展,作为新能源汽车核心部件的锂离子电池的产量及报废量持续增加。废旧三元锂电池含大量的有价金属和危险废物,对其综合回收利用兼具经济和环境效益。传统火法工艺存在能耗高、锂损失率大、污染重等缺点,而常规湿法工艺亦存在流程长、净化工序复杂、锂综合回收率低、废水量大等问题。现阶段研究多以LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（NCM) 三元正极材料为研究对象,而针对新型含铝特斯拉电池物料的回收鲜有报道,因此以典型的特斯拉三元正极材料LiNi_0.815Co_0.15Al_0.035O₂（NCA) 为原料,以碳和氢气为还原剂,采用“还原焙烧转型-选择性提锂”工艺对废旧锂电池中的锂进行选择性提取回收,并从还原焙烧及浸出方式、能耗和环保等方面进行对比。结果表明:采用碳还原焙烧选择性提锂工艺,在碳含量为15.0%、温度为700 ℃、焙烧时间为90 min的条件下,Li、Ni、Co、Al的提取率分别为97.84%、0.45%、0.36%、0.75%;采用氢还原焙烧选择性提锂工艺处理NCA物料,转型温度较低,在相同焙烧时间下,在焙烧温度500 ℃、氢气流速300 mL/min的条件下,Li提取率为95.97%,Al的提取率为8.65%,Ni、Co提取率均小于0.5%,同时产物中无CO、CO₂等污染气体产生。因此,氢还原焙烧具有较大的工业应用潜力。      

硼掺杂镍酸锂的改性研究

采用共沉淀法制备了Ni(OH)₂前驱体材料,通过高温固相法制备了LiNiO₂和B掺杂LiNiO₂（B的摩尔分数为1%）,利用X射线衍射（XRD）、里特维尔德（Rietveld）精修、扫描电子显微镜（SEM）、恒流充放电测试、循环伏安（CV）和电化学阻抗谱（EIS）对材料的晶体结构、表面形貌和电化学性能进行了系统性表征。XRD和Rietveld精修结果表明,LiNiO₂和B掺杂LiNiO₂均具有良好的层状结构,B因为占据在过渡金属层和锂层的四面体间隙位而导致掺杂后略微增大材料的晶格参数和晶胞体积,同时增大了LiO₆八面体的间距,进而促进锂离子运输。由于掺杂的B的摩尔分数仅为1%,LiNiO₂和B掺杂LiNiO₂均表现为直径10 μm左右的多晶二次颗粒,且一次颗粒晶粒尺寸没有明显区别。长循环数据表明B掺杂可以有效提高材料的循环容量保持率,经100次循环后,B掺杂样品在40 mA·g?1 电流下的容量保持率为77.5%,优于未掺杂样品（相同条件下容量保持率为66.6%）。微分容量曲线和EIS分析表明B掺杂可以有效抑制循环过程中的阻抗增长。      

MXenes在锂离子电池负极材料中的应用

MXenes(M_n+1X_nT_x)是一类二维无机化合物材料,它由几个原子层厚度的过渡金属氮化物、碳化物或碳氮化物构成。由于具有大的比表面积、快速充放电性能和小的体积变化等优点,MXenes受到越来越多研究人员的关注。研究者希望能够利用MXenes材料研发出具有优异电化学性能的锂离子电池负极材料,从而提高电池的能量密度和寿命。然而MXenes材料制备过程中产生的层间堆积和坍塌限制了其进一步的发展。目前,研究人员通过将MXenes与其他材料复合制备出具有新结构的材料,不仅可以扩大层间距,改善材料结构,还有助于改进材料的电化学性能。本文介绍了MXenes与碳纳米材料、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物和硅等材料复合改性来提高材料电化学性能的研究策略,并探讨了MXenes和碱金属等材料复合实现稳定无枝晶的锂离子电池金属负极的方案。最后,阐述了MXenes应用在锂离子电池负极材料中面临的挑战,并作出了展望。