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通过羧甲基纤维素和硅氧烷的协同作用提升锂离子电池干法正极的循环稳定性

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Science China Materials 2024年第1期67卷 76-84页

作者：倪铭韩赵阳许诺孔萌昕马延风李晨曦张洪涛陈永胜 The Centre of Nanoscale Science and Technology and Key Laboratory of Functional Polymer Materials Institute of Polymer ChemistryCollege of ChemistryNankai UniversityTianjin 300071China State Key Laboratory of Elemento-Organic Chemistry Nankai UniversityTianjin 300071China Renewable Energy Conversion and Storage Center(RECAST) Nankai UniversityTianjin 300071China Tianjin Plan Nano Co. LtdTianjin 300071China

近年来,无溶剂干法电极制备工艺由于其低成本和低污染等优点在锂电池领域获得了广泛关注.然而,现有干法制备工艺中采用的聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂存在粘附力和循环稳定性不足等缺点,限制了其实际工业化应用.我们通过引入羧甲基纤维素(CMC... 详细信息

近年来,无溶剂干法电极制备工艺由于其低成本和低污染等优点在锂电池领域获得了广泛关注.然而,现有干法制备工艺中采用的聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂存在粘附力和循环稳定性不足等缺点,限制了其实际工业化应用.我们通过引入羧甲基纤维素(CMC)和硅氧烷作为粘结剂复合材料,发展了一种与现有工业化生产兼容的锂离子电池干法电极制备工艺.CMC和硅氧烷的协同作用增强了电极活性材料的粘附性能,实现了干法电极膜片机械强度和电化学性能的大幅提升.基于这种干法电极工艺制备的铝掺杂锰酸锂(LMA/CS)半电池在1 C下循环200圈后展示出79.8%的保持率.进一步地,制备的高负载(20.6 mg cm^(-2))锰酸锂-钛酸锂全电池(LMA/CS||LTO)实现了1000圈的超长稳定循环,容量保持率高达89.2%,超过现有基于PTFE粘结剂干法工艺和传统湿法工艺的电池性能.

关键词：锂离子电池锰酸锂循环稳定性羧甲基纤维素硅氧烷干法工艺粘附性能粘附力

铁基负极复合材料和锰酸锂正极材料的改性制备及其储能机理研究

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铁基负极复合材料和锰酸锂正极材料的改性制备及其储能机理研究

作者：陈超成都大学

学位级别：硕士

得益于人类环保理念的日益加深和科技的不断进步,各类碱金属离子电池储能技术在近年来得到了跨越式发展。以锂/钠离子电池为代表的电化学储能设备具有环保、成本低、高能量密度等优异特征,已经具备了相对成熟的技术体系。其中,正负极材... 详细信息

得益于人类环保理念的日益加深和科技的不断进步,各类碱金属离子电池储能技术在近年来得到了跨越式发展。以锂/钠离子电池为代表的电化学储能设备具有环保、成本低、高能量密度等优异特征,已经具备了相对成熟的技术体系。其中,正负极材料是碱金属离子电池最关键的部分,但随着人类需求的日益发展,现阶段的电极材料难以满足需求。过渡金属基化合物具有较高的化学稳定性和热稳定性,且容易制备,广泛应用于正负极材料。铁基负极材料拥有理论容量高、储藏丰富、无毒和环境友好等优势,可作为现阶段锂/钠离子电池负极材料潜力候选,但库伦效率低和寿命短等缺陷阻碍了其进一步发展;锰酸锂正极材料成本低廉、绿色无污染,但同时又有循环寿命短和能量密度低下的缺点。本文主要根据两者结构和性能特点提出以下创新思路和改性方案。（1）对负极材料来说,具有优异理化性能和优化纳米结构的有效设计是提高锂/钠离子电池电化学性能的关键途径。在这项工作中,将分子工程与异质界面工程相结合,并把两相异质结构的FeN-FeC纳米颗粒整合到3D互连石墨相CN中（FeN-FeC@CN）。由于三维结构相互连接,所制备的FeN-FeC@CN负极材料表现出优异的Li/Na离子存储性能,同时还具有可调节的体积变化和快速的离子/电子转移,最终表现为良好的循环稳定性和倍率性能。此外,氮杂原子和点状FeN-FeC异质界面产生了丰富的活性位置和额外的缺陷,促进了储能性能的提高。通过协同整合这些优点,FeN-FeC@CN负极拥有极高的可逆比容量,锂离子电池在2 A?g下循环2000次后为890.3 m Ah?g,钠离子电池在1 A?g下循环800次后为224.8 m Ah?g。此外,通过定量动力学分析以说明占表面电容储能贡献主导地位,进一步阐明了离子/电子转移能力的提高。高性能铁基负极材料的成功制备和相关理论对于构建具有高倍率性能和长寿命的锂/钠离子电池新型负极材料具有重要意义。（2）尖晶石锰酸锂（LiMnO）作为一种不含贵金属和有毒元素的低成本、绿色环保的锂离子电池正极材料,具有广袤的应用与研究前景。本项工作中,采用高温固相合成法,利用氩气为惰性气氛以调控氧缺陷,制备出了粒径均匀、性能优异的Li MnO正极材料。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对材料进行了结构表征与分析,进行了充放电循环、循环伏安（CV）和电化学阻抗（EIS）等电化学性能测试,并对煅烧氛围和煅烧温度进行了探讨分析。结果表明,在1 C倍率下,首圈放电比容量为114.2 m Ah?g,100次充放电循环后放电比容量还有98.4 m Ah?g,容量保持率为86.2%。实验证明,惰性气氛对提升Li MnO电化学储锂性能行之有效。

关键词：铁基复合材料异质结构锰酸锂氧缺陷锂/钠离子电池

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废旧锂电池电极材料浮选行为及表面性质

工程科学学报 2024年第1期46卷 97-108页

作者：赵光金谷昆泓夏大伟胡玉霞陈玲玲覃文庆韩俊伟国家电网国网河南省电力公司电力科学研究院郑州450052 中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

锂离子电池中含有丰富的金属元素和多种毒害性物质,废旧锂电池回收不仅能实现资源循环利用,而且能防止环境污染.本文以废旧动力锰酸锂电池为研究对象,利用“焙烧强化浮选”的方法解决锰酸锂电池资源化回收过程中正负极电极材料难以浮选... 详细信息

锂离子电池中含有丰富的金属元素和多种毒害性物质,废旧锂电池回收不仅能实现资源循环利用,而且能防止环境污染.本文以废旧动力锰酸锂电池为研究对象,利用“焙烧强化浮选”的方法解决锰酸锂电池资源化回收过程中正负极电极材料难以浮选分离的问题,即通过焙烧去除电极材料表面的有机粘附物,从而增大电极材料表面润湿性差异,进而强化浮选分离过程.结果表明,商品化锰酸锂和商品化石墨具有相反的浮选行为,而废旧锰酸锂和废旧石墨具有相似的疏水性浮选行为.废旧锰酸锂电极材料浮选分离时,锰酸锂和石墨浮选分离效率低,而商品化锰酸锂和石墨的浮选分离效率高.XRD、XPS、SEM、FT-IR及接触角分析表明,废旧锂电池电极材料表面均包裹一层含C、O、F等元素的有机物,导致正负极电极材料具有相似的表面性质,因而表现出相似的浮选行为,导致两者的浮选分离难度大.不同焙烧参数下电极材料的浮选分离试验结果表明,550℃焙烧2 h后锰酸锂和石墨的浮选分离效率明显优于未焙烧的电极材料.此时,浮选精矿中锰酸锂的品位由未焙烧的63.10%提高到90.98%;小型闭路浮选精矿中石墨残留量少,锰酸锂的纯度达到99%.

关键词：废旧锂电池锰酸锂正极材料负极材料浮选

锰源对合成尖晶石锰酸锂的影响及电化学性能分析

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沈阳理工大学学报 2024年第3期43卷 70-75,89页

作者：崔勇唐啸虎邵忠财邵鸿媚张伟李学田董华沈阳理工大学环境与化学工程学院沈阳110159 西北工业集团有限公司西安710043

使用不同金属锰源(醋酸锰,硫酸锰,氯化锰)为原料,合成具有尖晶石结构的锂离子电池正极材料锰酸锂。首先采用共沉淀法合成锰酸锂前驱体,然后采用空气中热处理手段制备锰酸锂正极材料。通过X射线衍射、扫描电镜对合成材料的结构、形貌及... 详细信息

使用不同金属锰源(醋酸锰,硫酸锰,氯化锰)为原料,合成具有尖晶石结构的锂离子电池正极材料锰酸锂。首先采用共沉淀法合成锰酸锂前驱体,然后采用空气中热处理手段制备锰酸锂正极材料。通过X射线衍射、扫描电镜对合成材料的结构、形貌及组成进行分析,结果表明三种锰源制备的锰酸锂正极材料均具有尖晶石结构。采用电化学方法测试合成材料组装的锂离子电池充放电性能,结果显示氯化锰、醋酸锰及硫酸锰制备的锰酸锂正极材料分别具有108.9、104.4和95.5 mAh/g的放电比容量,表明使用氯化锰作为锰源制备的锰酸锂正极材料具有最佳的电化学放电性能,在经历50次充放电循环之后,锰酸锂正极材料仍然具有97.4%的容量。

关键词：锰源锰酸锂锂离子电池电化学性能

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两种不同锰源制备锰酸锂实验研究

中国锰业 2024年第1期42卷 1-5页

作者：詹海青李海亮潘妮东李华成南方锰业集团有限责任公司广西南宁530029 广西南锰国际新能源科技有限责任公司广西崇左532200 南宁良庆区组织部广西南宁530000

电解二氧化锰和四氧化三锰是当前制备锰酸锂的两大锰源,分别以电解二氧化锰和球形四氧化三锰为原料,采用高温固相法来制备锰酸锂,并对锰酸锂的理化性能及电性能进行了对比分析。结果表明,烧结温度为760℃时,以球形四氧化三锰为原料制备... 详细信息

电解二氧化锰和四氧化三锰是当前制备锰酸锂的两大锰源,分别以电解二氧化锰和球形四氧化三锰为原料,采用高温固相法来制备锰酸锂,并对锰酸锂的理化性能及电性能进行了对比分析。结果表明,烧结温度为760℃时,以球形四氧化三锰为原料制备的锰酸锂的性能较好,粒度D 50为15.182μm,振实密度为2.39 g/cm^(3),比表面积为0.289 cm^(2)/g,放电容量为111.65 mAh/g,50次循环容量保持率为95.71%。

关键词：四氧化三锰电解二氧化锰锰酸锂理化性能电性能

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混合金属氧化物掺杂对锰酸锂性能的影响研究

中国锰业 2024年第2期42卷 22-26页

作者：李海亮詹海青闫冠杰吴继相杨英全李华成广西南锰国际新能源科技有限责任公司广西崇左532200 南方锰业集团有限责任公司广西南宁530029

以低钠钾型二氧化锰、碳酸锂为原料,以不同量纳米三氧化二铝、二氧化钛为添加剂,采用高温固相法制备电池正极材料锰酸锂,研究混合金属氧化物添加量对锰酸锂的物理性能及电性能的影响。通过粒度分布、振实密度、微观结构、容量及容量衰... 详细信息

以低钠钾型二氧化锰、碳酸锂为原料,以不同量纳米三氧化二铝、二氧化钛为添加剂,采用高温固相法制备电池正极材料锰酸锂,研究混合金属氧化物添加量对锰酸锂的物理性能及电性能的影响。通过粒度分布、振实密度、微观结构、容量及容量衰减对材料性能进行表征。结果表明,纳米三氧化二铝掺杂量为0.3%和二氧化钛掺杂量为0.5%的条件下合成的锰酸锂材料0.5 C容量为98.2 mAh/g和1.0 C容量为97.9 mAh/g,50次高温循环容量保持率为98.37%,该产品具有高温循环性能优良,对锰酸锂的生产具有一定参考意义。

关键词：低钠钾型二氧化锰混合金属氧化物锰酸锂高温循环性能

基于LMO和AC电极的锂离子超级电容器质量比调控

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电子元件与材料 2024年第4期43卷 431-437,446页

作者：黄廷立夏恒恒杨重阳上海奥威科技开发有限公司国家车用超级电容器系统工程技术研究中心上海201203

锂离子超级电容器结合了超级电容器高功率和锂离子电池高能量的特点而备受关注,正负极质量匹配对发挥锂离子超级电容器的性能至关重要。本文基于锰酸锂(LMO)正极、活性炭(AC)负极和乙腈电解液,设计制作了不同正负极质量比软包锂离子超... 详细信息

锂离子超级电容器结合了超级电容器高功率和锂离子电池高能量的特点而备受关注,正负极质量匹配对发挥锂离子超级电容器的性能至关重要。本文基于锰酸锂(LMO)正极、活性炭(AC)负极和乙腈电解液,设计制作了不同正负极质量比软包锂离子超级电容器,系统考察了电极质量比对锂离子电容器电性能、工作电压和低温性能的影响。结果表明:随着正负极质量比增大,锂离子电容器容量增大,倍率性能和低温性能提高,充放电曲线在高电极质量比下呈现线性关系,能量密度呈现先增大后减小的趋势。正负极质量比2/1时,锂离子电容器综合性能最优,50C的容量达到1C时的78.0%,最大功率密度为7247 W·kg^(-1),2.3 V下器件最大能量密度达到9.5 Wh·kg^(-1),3.1 V下器件和活性物质的能量密度分别提高至20.2 Wh·kg^(-1)和65.0 Wh·kg^(-1)。但宽工作电压会带来寿命衰减,在1~2.3 V充放电循环10000次容量保持率为93.0%,而在0.5~2.5 V充放电循环5000次容量保持率降至84.5%。在-40℃容量是25℃时的57.8%,能量密度依然还有5 Wh·kg^(-1)(2.3 V)。

关键词：锂离子超级电容器锰酸锂活性炭质量比电压能量密度

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电控离子交换复合膜电极的界面结合行为与提锂性能

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太原理工大学学报 2024年第3期55卷 522-529页

作者：张金凤孙海东张荣子李娟马彦军张正张志华杜晓郝晓刚太原理工大学化学工程与技术学院太原030024 青海盐湖工业股份有限公司中央研究院青海格尔木816000

【目的】电控离子交换(ESIX)作为一种新型的离子选择性分离和回收的技术,可以用于从盐湖中提取锂资源。其中,集流体与电活性复合膜之间的界面结合行为对复合膜的电控提锂性能具有重要的影响。【方法】以LiMn2O_(4)为电活性锂离子交换材... 详细信息

【目的】电控离子交换(ESIX)作为一种新型的离子选择性分离和回收的技术,可以用于从盐湖中提取锂资源。其中,集流体与电活性复合膜之间的界面结合行为对复合膜的电控提锂性能具有重要的影响。【方法】以LiMn2O_(4)为电活性锂离子交换材料,并分别以钛板和石墨板为集流体制备了钛基和碳基复合膜电极。通过附着力测试探讨了集流体与复合膜的界面结合行为,并采用循环伏安、交流阻抗、恒流充放电测试分析了不同复合膜电极的电化学性能。【结果】结果表明:石墨板与复合膜之间的粘附强度(1.33N/cm)约为钛板(0.71N/cm)的2倍,且碳基复合膜电极表现出更优异的电化学性能。在10次连续的ESIX过程中,碳基复合膜电极具有更好的提锂性能。这是由于石墨板与复合膜之间具有更充分的粘结性,使两者之间显现出更杰出的界面导电性,从而增强了复合膜电极的电活性和循环稳定性。此外,钛板在多次氧化还原后表面生成的氧化膜会产生较大界面电阻,从而降低了钛板的导电性。

关键词：集流体钛板石墨板锰酸锂电控离子交换

铜仁：以“富矿精开”闯出高质量发展新路 001

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铜仁：以“富矿精开”闯出高质量发展新路