论文部分内容阅读
本文详细考查了锂离子电池正极材料的研究进展,通过以正极材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2为研究对象,提出了一种新型的从废旧锂离子电池中回收制备LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的工艺。
整个工艺流程先采用湿法冶金工序从废旧锂离子电池中回收得到仅含钴镍锰的混合液。具体的实施方案为:1)采用在稀酸中机械搅拌的方法实现电极活性物质与集流体的有效分离;2)以H2SO4+H2O2为浸出剂对活性物质浸出,钴、镍和锰的浸出率分别可以达到98.1%、97.6%和96.5%;3)采用黄钠铁矾法高效地除去溶液中的杂质铁,除铁率可以达到99.6%;4)用碳酸氢铵水解沉淀铝,可以去除99.2%的铝离子;5)选取反式结构的N902为萃取剂,99%的铜能被萃取分离。整个工序简便易行,钴、镍和锰的损失较小,回收率均可以达到95%以上。
然后通过采用传统共沉淀法(以NaOH或Na2CO3为沉淀剂)和改进共沉淀法(Na2CO3+NH3·H2O+PVP为沉淀剂)来制备前驱体,利用ICP、粒度分析、TG/DSC、XRD、SEM等测试手段对前驱体进行表征。对比研究发现,改进共沉淀法制备的前驱体是较为理想的产品。具体体现在:前驱体杂质含量低,是结晶良好的纯相物质,产品颗粒的形貌规整,是由球形和片状的一次颗粒组装而成的二次球形颗粒,其颗粒粒径在3um左右;其与锂盐煅烧制得的正极材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2表现出了更为优异的电化学性能。
通过从锂源、煅烧温度和煅烧时间三方面的影响因素研究改进共沉淀法合成LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的最优化条件。研究结果表明:在以Li2CO3为锂源,煅烧温度为900℃,煅烧时间为12h的条件下制得的产品,结晶度很高,无杂相,中值粒径为2.95um,振实密度为1.81g/cm3,二次球形颗粒分布很均匀,无团聚产生,且球形度较高,球形颗粒中的一次颗粒组装分布很有规律,粒径约为5nm;在0.1C,2.8~4.3 V的电压范围内,材料的首次放电比容量为187.9 mAh/g,30次循环后放电比容量为169.3 mAh/g,容量保持率高达90.1%;在0.2C,0.5 C和1C倍率下,其首次充放电比容量分别为180.1mAh/g,171.2mAh/g和134.7 mAh/g。