【摘 要】
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回收退役锂离子电池(LIBs)已成为电池行业所面临的一个重要挑战。目前市场上流通的LIBs退役后主要使用填埋、焚烧、堆肥等传统方法处理,回收极其有限。有效回收退役LIBs迫在眉睫。其中,将退役LIBs回收的电极材料再生应用于其他高新器件是一个重要的研究方向。钠离子电池(SIBs)与LIBs具有相似的电化学机制,而且具有更加丰富的自然资源和较低的成本,是LIBs理想的替代品之一。本文致力于采用简单、
【基金项目】
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“珠江人才计划”创新创业计划(2019ZT08L075); “珠江人才计划”青年拔尖人才(2019QN01L096); 广东科技计划(2020B121201003); 广东省自然科学基金(2018A030313272);
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回收退役锂离子电池(LIBs)已成为电池行业所面临的一个重要挑战。目前市场上流通的LIBs退役后主要使用填埋、焚烧、堆肥等传统方法处理,回收极其有限。有效回收退役LIBs迫在眉睫。其中,将退役LIBs回收的电极材料再生应用于其他高新器件是一个重要的研究方向。钠离子电池(SIBs)与LIBs具有相似的电化学机制,而且具有更加丰富的自然资源和较低的成本,是LIBs理想的替代品之一。本文致力于采用简单、有效且绿色环保的方式将退役LIBs中的正、负极材料分别进行同步回收并再生,结合物理结构和电化学性能分析,分别研究回收再生负极材料膨胀多孔石墨(c-rh SG)和正极材料氟磷酸亚铁钠(Na2Fe PO4F)并应用于钠离子半电池及全电池的电化学性能。主要研究成果如下:(1)以不同嵌锂状态下的废旧石墨为起始材料,经过氧化法和Li OH的活化机制进行造孔,制备膨胀石墨,并研究了高温水处理对不同嵌锂状态下的废旧石墨的电化学性能的影响。研究结果表明,嵌锂石墨再生合成的c-rhSG能形成较多微孔和缺陷,并应用于钠离子电池负极材料能够表现出优异的倍率和循环性能。在0.1 A g-1的电流密度下,c-rh SG的平均可逆容量分别为362.0 m Ah g-1,甚至在5 A g-1的大电流密度下仍然可保持在145.1 m Ah g-1。在2 A g-1的电流密度下循环接近4000圈之后,可逆容量仍可达到168.0 m Ah g-1,衰减率仅为0.032%/圈。实验结果证实了c-rh SG独特的多孔膨胀结构有助于提高材料的循环稳定性和倍率性能。(2)以废旧充电LIBs正极脱锂Li1-xFe PO4(x>0.95)为起始材料,选择Na2CO3、Na F作为补充试剂,并加入葡萄糖作为还原剂及包覆碳源,结合球磨法,通过高温固相合成法得到再生材料。研究结果表明,NFPF-BM@1C具有合适的颗粒粒径和最佳的循环性能。在2 C的倍率下循环2000圈后容量保有率为84.5%。NFPF-BM@0.5C获得合适包覆碳层厚度和颗粒尺寸以及良好的电化学性能,在0.1 C下具有123.1 m Ah g-1最高的可逆容量。(3)为了进一步验证再生材料的实际应用能力,利用c-rh SG负极和NFPF-BM@0.5C正极组装NFPF-BM@0.5C||c-rh SG钠离子全电池。在0.1 C下的首次充放电比容量为115.2 m Ah g-1,经过200次充放电循环之后的容量保持率为85.3%。
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