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三元材料的直接再生循环利用

三元材料的直接再生循环利用
三元材料的直接再生循环利用
三元材料的直接再生循环利用
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编辑时间 : 2020-10-09

其高的比容量、能量密度和较长的循环寿命而被大量利用,但随着锂离子电池应用市场的扩大,锂和过渡金属(Co和Ni等)等资源会越发紧张,目前主要通过以下两个方法来解决:1、寻找或制备其它性能优异、资源丰富和环境友好的能源代替锂离子电池;2、锂离子电池的回收再利用(尤其正极材料)。

 

目前正极材料回收方法主要有火法冶金、湿法冶金和直接回收。火法冶金需要高温熔炼以及多级净化和分离工艺。湿法冶金需要酸浸处理和随后复杂的沉淀步骤以产生用于重新合成正极材料的前驱体。两种方法都必须完全破坏LIB正极颗粒。而直接再循环法结合物理分离过程并经过后处理来获取正极材料,后处理(如再锂化,退火)来修复电极颗粒的组成和结构缺陷,进而继续用于组装新的电池。采用适当的条件,再生的正极材料可以实现高比容量、高倍率性能和好的循环稳定性,且显著降低成本。但是退化的正极材料的再锂化通常需要在高温或高压下操作,以实现正极材料极中Li的化学计量比。

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人们普遍认为,Li损失是造成NMC基正极容量衰减的主要原因之一。由于Li的损失,过渡金属阳离子(如:Ni)开始在层间迁移,造成不利的相转变。所以对于退化了的高镍材料,直接再生与电化学性能的恢复将是一个巨大的挑战。本文首次通过共晶Li+熔盐溶液使得已经退化的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)正极在常压下成功再锂化,从而实现了锂离子电池正极材料的直接再生。

 

【核心内容】

通常认为,一旦容量损失超过20%,LIB也就接近了其寿命终点。作者为了证明再生过程的有效性和稳定性,利用商用NCM523正极软包电池在1C下3~4.5V之间循环400圈使其容量衰减到48%。作者先前通过水热再锂化达到化学计量组成,但是存在高压下难以大规模利用的问题。LiNO3和LiOH的锂盐混合物可以形成各种共晶溶液,特别是LiOH和LiNO3摩尔比为2:3时,其熔点可低至176℃。作者利用这一比例制备了共晶熔融盐在常压下进行再锂化。