用于废旧LiFePO4正极的直接再生的多功能界面构建

学术   2024-11-04 16:38   北京  

1.文章简介

目前,LIB回收行业利用火法冶金和湿法冶金回收SLFP电池。这些方法虽然可以实现金属资源的高效回收,但却带来了严重的环境问题和过度的能源消耗。因此,SLFP的直接再生技术因其经济效益高、污染小等优点,成为近年来研究的热点。

在此,本文提出了一种协同修复效应,以实现 SLFP 直接再生的缺陷修复和多功能界面构建。

2.实验部分

  • 将旧电池首先浸入 0.5 M NaCl溶液中,以确保在拆卸前完全放电。拆卸这些电池以将正极材料与 Al 箔分离。将获得的正极材料浸入 NMP 中 24 h 以去除 PVDF。正板的典型负载为 3-5 mg,溶于1.33 cm 2 Al 箔中。最后收集用过的阴极材料,通过离心洗涤并在 80 °C 的真空烘箱中干燥过夜。

  • 在装有 50 mL 去离子水和 100 mg CH 3 COOLi 的 100 mL 特氟龙衬管高压釜中加入 300 mg 废 LFP、152 mg 硫脲和 40 mg 单宁酸,搅拌 2 小时后,将高压釜在 140 °C 下加热 7 h,将处理后的粉末离心收集,在 80 °C 真空烘箱中干燥10 h,然后将处理后的粉末与 10 wt% 葡萄糖和 200 μL 乙醇混合,然后研磨 2 h.球磨有助于分解团聚的 LFP 颗粒,收集粉末,最后,收集粉末,然后在Ar / H2气氛下于5 ° C min -1加热至600 ° C,保温5 h。

3.图文要点

要点一:TA用于实现致密的涂层,TU用作还原剂和N / S掺杂剂的来源,而乙酸锂用作锂源。TU和TA的结合导致在SLFP上构建了致密的N / S掺杂涂层前驱体,实现了Li的补充,并促进了彻底的再生过程。并采用XRD,XPS,TG-DTA等手段证实了TA,TU的协同效应能消除FP相,使材料键能更强,结构更稳定。

要点二:SLFP和RLFP均具有Pnma空间群。然而,FP相在SLFP中占很大比例,在RLFP中消失。SLFP 的 FeLi 抗位点缺陷值为 2.0%,而再生后降低到 1.6%,有利于 Li+ 的扩散,进一步提高了倍率性能。HAADF-STEM,EDS证实了 N 和 S 元素在 RLFP 的致密碳层上的均匀分布,从而提高了导电性和稳定性。

要点三:在具有 N/S 掺杂碳层的 RLFP 中,电子的表面态通过形成 C─Fe 和 S─Fe 键而减弱,这有利于离子/电子迁移。在充放电过程中,RLFP 的 R ct 远小于 SLFP,变化很小,这可能归因于致密 N/S 掺杂涂层的稳定界面。RLFP 表现出卓越的高温和低温性能,即使在 -20 °C 和 60 °C 下,也不会有明显的放电容量损失。这可以归因于均匀和紧凑的 N/S 掺杂涂层提供的保护。

要点四:RLFP 的有序程度随着均匀的碳化 N/S 掺杂涂层的增加而增加,这与 SLFP 上不规则和不均匀的碳层不同。具有 N/S 掺杂碳层的 RLFP 表现出较低的扩散能垒和更快的 Li + 扩散,有效缓解了相分离(FP 和 LFP)并增强了优异的循环性能。此外,N/S 掺杂的致密碳层起到支撑结构并保护其免受长期循环引起的反应的作用。

4.总结

本文提出了使用 TA 和 TU 的表面涂层剂和还原剂与掺杂原子的协同作用,以直接再生 SLFP。

各种材料表征证实,FP 相在通过 TU 的还原再生后消失,其还原性因 TA 添加提供的酸性而增强,N/S 掺杂碳层起着纳米装甲的作用,支撑结构并防止长期循环引起的副反应。它还增强了 Li + 的导电性和动力学以及电子转移。此外,理论计算和其他表征证实了 P-O 和 Fe-O 键合得到加强,结构更稳定,这归因于 N 和 S 原子的掺杂。最终,RLFP 表现出优异的长期循环性能和高低温性能。


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