采用“化學剝離-表面修飾”方法對失效LiCoO2電極材料微結構的修復研究.pdf

1、鋰離子電池是20世紀90年代迅速發(fā)展起來的新一代二次電池，在移動電話、筆記本電腦等領域中已占有極大的市場份額。正極材料是制造鋰離子電池的關鍵材料之一，相比于其它正極材料，LiCoO2在可逆性、放電容量、充電效率和電壓穩(wěn)定性等方面綜合性能最好，是鋰離子電池中應用量最大的正極材料。鋰離子電池經(jīng)長期使用后，正極材料LiCoO2的微結構會發(fā)生變化，如表面組成成分改變、Co3+的價態(tài)發(fā)生變化、LiCoO2晶胞參數(shù)發(fā)生改變等，這將導致鋰離子電池電化

2、學容量下降。開展報廢鋰離子電池中的正極材料LiCoO2微結構的修復研究有利于促進數(shù)量龐大的失效LiCoO2的低成本高效率循環(huán)利用。不同于其他學者提出的直接對失效LiCoO2電極成分等的修復研究，提出了“先表面化學剝離-再修復”的新方法，并采用 TG-DSC、XRD、SEM、EDS、XPS、ICP等表征方法對“化學剝離-再修復”程中的質量變化、熱量變化、物相組成及形貌的變化特征、元素的分布分配特征、Co元素電子結合能的變化，以及修復后Li

3、CoO2的成分、形貌、晶胞參數(shù)進行了研究。
　　本研究主要內容包括：⑴采用NaHSO4·H2O做為化學剝離試劑，使LiCoO2與NaHSO4·H2O分別以1:0.01、1:0.05、1:0.1摩爾比例均勻混合焙燒，焙燒后的產(chǎn)物用水溶解、過濾，按 n(Li/Co)為0.75、1.06、1.5的量在濾渣中添加 Li2CO3，高溫焙燒后獲得修復后的LiCoO2電極材料。實驗結果表明：最佳實驗條件為 LiCoO2:NaHSO4·H2O=1

4、:0.05及n(Li/Co)=1.06，修復實驗后鋰元素不再缺失且物相組成是(018)(110)(006)(012)峰都出現(xiàn) LiCoO2一種物質，修復的 LiCoO2在 Li+嵌入和脫出能力方面較好且是層狀結構。I(003)/(104)=3.67，I(006)/(104)=0.92，I(006)/(003)=0.04，即結晶程度、純度、循環(huán)壽命均較好。其晶胞參數(shù) a()=2.8190、c()=13.9041，c/a=4.9323，十分

5、接近商用 LiCoO2值。修復后 LiCoO2呈現(xiàn)不規(guī)則的顆粒狀，大小不一且分布不均勻。⑵采用K2S2O7、Na2S2O7分別做為化學剝離試劑，使 LiCoO2分別與 K2S2O7、Na2S2O7以1:0.5、1:1、1:1.5摩爾比例均勻混合焙燒、焙燒后的產(chǎn)物用水溶解、過濾，按n(Li/Co)為1.06的量在濾渣中添加Li2CO3，高溫焙燒后獲得修復后的LiCoO2電極材料。焙燒產(chǎn)物的形貌呈不規(guī)則的顆粒狀，分布不均勻，比較致密。隨著L

6、iCoO2與K2S2O7、Na2S2O7混合樣中 K2S2O7、Na2S2O7比例的增加，焙燒產(chǎn)物中Co、Na、K、O、S元素呈現(xiàn)出彌散分布的特征，且焙燒產(chǎn)物中Co元素的電子結合能呈增大的趨勢。LiCoO2與 K2S2O7、Na2S2O7混合焙燒后干燥濾渣中 Co元素的電子結合能約和 LiCoO2中 Co元素的電子結合能相當，且隨著 LiCoO2與K2S2O7、Na2S2O7混合樣中 K2S2O7、Na2S2O7比例的增加 Co元素電子