二次电池中金属锂负极沉脱机理研究进展

金属锂负极是下一代高比能二次电池备受关注的负极材料,以金属锂为负极的锂金属电池具备极高的理论能量密度,但其仍存在充放电循环效率低、电池寿命短等问题。要实现高能量密度高安全性的锂金属电池的合理设计和优化,需要对金属锂负极中锂金属沉积脱出过程的离子输运、电子输运、界面反应等机制机理有清晰的认识。本文针对金属锂负极中存在的枝晶生长、死锂形成、固体电解质界面膜作用等机理问题,综述了研究者们在其沉脱机理的模型与理论计算、实验研究等方面做出的诸多研究进展,为锂金属电池的合理设计提供了更全面的机理认识。     

金属锂蕴含巨大市场潜力

金属锂为银白色软金属,熔点180．54℃,沸点1342℃,相对密度0．534,属于元素周期律的第一族,与其它碱金属相比,锂的活泼性要差些,室温下在干燥空气中几乎不能被氧化,但锂易于与氢反应,含活泼氢和卤素的有机化合物与锂反应生成相应的锂化合物。自然界的锂元素主要存在于锂辉石、锂云母等化学矿物和盐湖卤水中,其中锂辉石是制取金属锂和锂化合物的主要工业矿物原料。目     

固态金属锂负极界面研究进展

开发下一代高安全性、高能量密度电池是电动汽车、可穿戴便携电子设备与可再生能源高效利用的关键。固态金属锂电池是极有希望的下一代电池体系。本文首先综述了固态电解质与界面特性,包括固态电解质中的离子传输机理和固态电解质分类,指出金属锂电极与固态电解质之间有限的固-固界面接触是固态金属锂电池实用化的重要挑战,其界面演变特性主导了固态电池的性能表现。界面演变是机械-化学-电化学耦合的过程。其次,文章综述了电池界面失效机制与构筑策略,指出界面失效包括枝晶状沉积引发的电池短路与空穴累积、副反应导致的电化学界面脱触等,使用界面润湿剂、引入界面缓冲层或构造三维多孔骨架结构化电极等是解决界面问题的重要手段。最后,文章总结指出,固态金属锂电池仍有巨大的进步空间,先进的理论研究和表征手段为进一步认识和理解固-固界面提供了新的机遇,通过界面化学、材料科学、系统工程等领域的交叉共融,有望共同推动下一代高安全、高能量密度固态储能技术的发展。     

氟化无机材料在金属锂负极中的应用

金属锂被认为是高能量密度电池材料的“圣杯”,具有超高的理论容量和最低的氧化还原电位。但由于锂枝晶不可控生长、固体电解质界面膜(SEI膜)不稳定以及“死锂”累积等系列问题,限制了其商业化应用。氟化材料能有效稳定金属锂/电解液界面,均匀锂离子通量和抑制锂枝晶生长,是金属锂二次电池领域的研究重点。本文综述了近年来氟化无机材料在金属锂沉积骨架、人工SEI保护层、电解液添加剂以及固态电解质等方面的研究进展,阐述了氟化无机材料稳定金属锂负极循环的内在机理,并展望了其未来的发展前景。     

原位生成醋酸锂改性金属锂负极及其稳定性

为了提高锂负极的循环稳定性能,需要对金属锂进行改性保护,改善锂沉积行为,抑制锂枝晶的产生。主要使用冰醋酸挥发气体与锂负极原位反应,在金属锂表面原位形成一层醋酸锂,得到CH₃COOLi-Li负极。表面形成的醋酸锂钝化膜可以抑制锂与电解液的反应,抑制循环过程中锂枝晶的生长。组装对称锂电池、锂铜电池和钴酸锂全电池并对其进行电化学表征,均表明CH₃COOLi-Li负极相比于纯Li负极,电池的循环稳定性能得到明显改善。CH₃COOLi-Li负极的锂铜电池循环100圈后Coulomb效率仍稳定在97%以上,组装的CH₃COOLi-Li/LiCoO₂全电池循环1 000圈容量保持率高达73.5%。     

以硅铁为还原剂制取金属锂的工艺优化

以硅铁为还原剂,采用真空热还原法制备金属锂. 通过单因素实验及正交实验研究了还原温度、反应时间、制团压力、物料粒度、真空度及还原剂过量率等因素对金属锂还原率的影响. 结果表明,在实验范围内各因素对还原率的影响次序为：还原温度>还原时间>还原剂过量率>制团压力>物料粒度. 硅热真空还原制备金属锂的最佳工艺条件为：还原温度1293 K,还原时间180 min,制团压力30 MPa,物料粒度80 mm,还原剂过量率50%. 在该条件下金属锂的还原率可达97.85%,纯度达99.24%.     

锂离子电池产业分析及市场展望

得益于多年培育,当前中国锂电池产业链发展齐全,电池技术进步明显,锂电市场增长迅速,行业迎来更多的发展机遇。一方面,作为国家鼓励发展的行业,锂电池产业受政策和技术进步等推动而发展迅速;另外一方面,锂资源等问题也制约着锂电池产业的发展。通过研究相关文献等对锂离子电池技术发展和产业链进行了介绍,对影响锂电池产业发展的重要因素包括政策、技术发展、成本及锂资源等进行了论述,并结合相关数据对全球锂电池市场发展进行了展望,未来3 a全球锂电池市场将继续保持较快增长并有望迎来“TWh”（“亿千瓦时”,即1 000 GW·h,下同）时代。指出在锂电池性能、回收、行业标准化和能源生产端等方面的不足,建议加大研究力度和探讨适宜政策促进行业规范化,提醒需谨慎防范短期发展过热和产能过剩。     

粉煤灰中战略金属锂的回收研究进展

随着锂电池行业的快速发展,中国锂原料对外进口的依赖程度逐年增加。从粉煤灰中回收锂,既可以缓解中国锂供应量严重不足的现状,又可以有效解决粉煤灰污染环境的问题。在分析比较锂矿石、盐湖卤水和粉煤灰的组成及其特点的基础上,从浸出和提取两个方面综述了目前粉煤灰回收锂的工艺技术。锂浸出工艺受粉煤灰浸出铝工艺的影响,目前已较为成熟,主要有酸法浸出和碱法浸出工艺。锂提取技术则受锂浸出工艺的影响,酸法浸出工艺的浸出液杂质元素比较多,提锂过程比较复杂,目前主要有溶剂萃取法、煅烧浸出法和吸附法;碱法浸出工艺的浸出液杂质元素简单,提锂相对容易,目前主要采用的是吸附法。由于粉煤灰浸出液与盐湖卤水的成分相似,因此借鉴盐湖卤水的提锂技术经验,开发适用于粉煤灰浸出液的提锂技术,是未来粉煤灰回收锂的主要研究方向。     

电池级氟化锂制备新工艺研究

简略分析了传统氟化锂生产过程中的优缺点,为探索和提升电池级氟化锂的生产工艺和产品质量做了铺垫,重点阐述了氟化铵与碳酸氢锂制备电池级氟化锂工艺研究过程,其中涉及原料选择、制备原理及工艺流程、工艺关键点和难点、设备选型等。本工艺制得的电池级氟化锂产品质量优于YS/T 661-2007《电池级氟化锂》标准,可满足市场需求。     

高纯碳酸锂的应用与制备方法评述

简要介绍了高纯碳酸锂的研究状况．重点对高纯碳酸锂的制备方法进行了较为详细的论述，并对锂盐产品的深加工和高纯碳酸锂的开发应用前景进行了展望。     

电解质六氟磷酸锂制备进展及难点分析

六氟磷酸锂（LiPF₆）是目前锂离子二次电池中使用最广泛的电解质,纯度要求高,制备难度大。综述了六氟磷酸锂的制备方法,包括气-固法、溶剂法和离子交换法。认为以醚类或酯类作为合成溶剂的方法具有腐蚀小、毒性小、分离提纯简便等优点,可能是今后最有发展前景的生产工艺;同时对制备过程中的难点进行了简要分析。     

金属材料的开发及应用

简要叙述了金属材料发展方向及应用,主要介绍了微合金钢、超高强度钢、不锈钢、空冷贝氏体钢、非晶态合金、粉末冶金材料及超塑性合金的开发及应用.     

四氟硼锂和六氟砷锂的合成与拉曼光谱分析

介绍了合成高纯无水的ＬｉＢＦ４和ＬｉＡｓＦ６的新方法，并讨论了其合成条件，指出制备多孔状ＬｉＦ和控制反应温度是合成的关键。     

量化分析锂供需与锂价格的联动关系

全球能源转型快速推进,作为能源转型代表的电动汽车的发展如火如荼。锂作为电动汽车电池的基础原材料,近年价格快速上涨,在2022年3月创下超过50万元/t的高价,超过2020年最低价的10倍。介绍了全球锂资源的存在形式及化学组成、锂资源量和锂储量,各种锂资源的提锂方法,锂供应来源和供应量,锂的用途、主要增长领域及需求量,以及中国所需锂的来源和主要增长领域。根据2019年1月至2022年2月中国锂供应量和锂需求量,对照此期间的锂价格变化,结合经济学术语论述中国锂供应量和需求量与价格的联动关系,得出结论：锂供需基本面决定锂价格、锂价格决定未来锂供需结构。在价格上行阶段,由于存在“牛鞭效应”及炒作,导致锂价格过大波动。最后提出防止锂价格过大波动、促进锂产业链健康发展的建议：1）加大国内锂资源开发力度,减少对外依存度,确保锂的供应能够满足快速增长的需求;2）加大锂供需透明度,减少需求量与实际消耗量的差异,避免价格过度波动;3）建立国家锂收储机制,在锂供应量大于需求量时进行收储,避免价格过渡下跌,在锂供应量小于需求量时释放储存锂,以抑制价格过渡上涨;4）锂产业链上下游企业加强风险意识,合理运用衍生品...     

碳化法制备高纯碳酸锂

以工业级碳酸锂为原料,采用碳化法进行提纯,对碳化温度、碳化时间、碳化压力等重要影响因素进行了实验研究及分析,并确定了最佳反应条件。最佳工艺参数：碳化压力为6×105～6.5×105 Pa,碳化时间为2～3 h,碳化温度为30～40 ℃,树脂牌号为D110,母液流出速度为120～140 g/h,分解搅拌速度为30 r/s以上,此工艺条件下制得的碳酸锂纯度为99.991%。     

由扎布耶盐湖粗盐制备高纯碳酸锂新工艺研究

根据西藏扎布耶湖的高锂镁比特性,以卤水析出的粗碳酸锂为原料,确定了经济实用的化学分步碱化沉淀,去除杂质元素,最后碳酸化沉淀碳酸锂的提纯工艺。研究了沉淀工艺、不同水体系和沉淀剂对碳酸锂纯度的影响。采用等离子发射光谱、红外光谱、X射线衍射、扫描电镜等对高纯碳酸锂进行表征。结果表明,最佳工艺条件是在纯净水体系中经化学分步碱化沉淀,去除铁、铝、镁、钙等杂质,最后碳酸铵沉锂,可获得纯度为99.90%以上的白色松软的高纯碳酸锂。红外谱图和XRD衍射谱图显示样品为扎布耶型的纯碳酸锂;扫描电镜显示碳酸锂晶体为棒状,长为3~5 μm,直径为0.5 μm以下。     

废旧锂离子电池制备锂离子筛及其应用研究进展

锂离子电池报废量爆发式增长,预计到2023年,废旧锂离子电池回收利用将是一个超过300亿元产值的新兴市场,其中,锂资源占可回收金属价值的一半。为探索锂资源高效回收技术,基于现阶段研究热点,讨论了以废旧锰酸锂电池正极材料、废旧三元锂电池正极材料、废旧锰系锂离子电池负极材料为原料制备锂离子筛的方法;探讨了废旧锂离子电池中各类杂质成分对锂离子筛性能的影响;阐述了锰系锂离子筛技术在废旧锂离子电池的锂回收、盐湖卤水提锂和化工制药废水提锂等领域的应用。通过分析得出,锂离子筛的应用能够增加锂盐回收率与回收纯度,降低技术成本,应用前景广阔。