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【论文发表】永利澳门6774.cσm师生在环境领域TOP期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》上发表最新成果
发布日期:2022-04-26 10:27:09   发布人:永利澳门6774.cσm

近日,永利澳门6774.cσm师生在环境材料领域Top期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》(JCR一区TOP期刊,IF 8.198)在线发表了题为Recovery of Li and Co from Spent Li-Ion Batteries by MechanochemicalIntegration with NH4Cl”的研究论文。该论文以永利澳门WWW6774.cσm|官网-Make Dreams True永利澳门6774.cσm为第一单位,6774澳门永利2020级硕士研究生张思宇为第一作者,6774澳门永利马恩博士为通讯作者。这是永利澳门6774.cσm深植电子废物资源化研究领域的又一重要成果。

图文摘要

该研究发现,LiCoO2电池正极材料在机械活化+1M H2SO4+0.03 M NH4Cl体系下浸出后,LiCo的浸出率均超过99%。在机械化学协同NH4Cl-H2SO4体系浸出LiCo的过程中,机械活化过程破坏了金属的晶体结构,使得材料的粒径变小、比表面积增加,晶格中内应力和能量增加,有利于下一阶段的浸出。

其次,随着H2SO4浓度、温度的不断增加,NH4Cl水解加快,Li+迅速脱出,且在浸出10min后逐渐趋向平稳,与此同时,LiCoO2NH4Cl-H2SO4的反应不断正向进行,阴极材料的晶体结构不断储能,进而不断削减金属之间化学键的能量,使得浸出液中动能等于或者大于浸出反应活化能的分子数目增多,Co-O键断裂,浸出反应的速率得以提升,进而使得单位时间内阴极材料中有价金属的浸出率明显增大,随着LiCo金属的完全溶解,LiCoO2的晶体结构被完全破坏,整个过程没有中间产物。

NH4Cl作为还原剂参与LiCo的浸出反应。在Cl-水解、Cl-ClO-Cl-的转化、机械活化--氯三者的协同作用下,仅0.03 mol/LNH4Cl即实现了金属的高效浸出,大大降低了传统还原剂的用量,提高了LiCo的浸出效率,缩短了浸出反应所需要的时间,整个体系实现了低酸、低还原剂、低成本、低能耗

论文导读

手机等电子产品、新能源汽车的快速发展加速了对锂离子电池的需求量,随之而来的是不断激增的报废量。在众多的锂离子电池中,LiCoO2(LCO)电池凭借其体型小巧、储能较大、更新换代快等优点而活跃在3C领域。废旧的LCO电池有一定的易燃易爆风险,且含有有机的电解质和粘连剂等有毒有害成分,与此同时,也含有丰富的锂、钴等资源,对其进行回收可极大的缓解环境污染以及资源短缺问题。因此,针对废旧LCO电池的闭环金属回收技术得到了广泛关注。

锂离子电池中LiCo金属的绿色、高效、经济的回收方法受到越来越多的关注。本文提出机械化学活化后采用NH4Cl-酸浸出体系回收废旧LiCoO2电池中的LiCo金属。通过对机械化学中球磨时间、球磨转速以及酸浓度、NH4Cl浓度、反应温度、浸出时间、固液比等参数的研究,探究了机械化学-NH4Cl-酸体系中LiCo金属的还原浸出机理。通过对不同作用条件下浸出残渣的表征和不同动力学模型的拟合,确定了浸出反应机理和浸出动力学。

与传统酸浸LiCoO2过程相比,机械化学活化120 min后的LiCoO2在极少量的NH4Cl和酸体系中浸出后,LiCo的浸出率分别从66.38%32.96%提高到100%和99.22%。通过这项研究,可以提供一种比传统酸浸方法更经济、高效、且环保的方案来回收废旧LiCoO2电池中的LiCo

1不同机械活化条件下LCO正极材料的XRD

2不同处理下LCO正极材料浸出残渣的XRD图:(a)机械化学+NH4Cl溶液浸出, (b)NH4Cl-H2SO4体系浸出, (c)机械化学+NH4Cl-H2SO4溶液浸出

3不同处理下LCO正极材料浸出残渣的XPS光谱:

(a)水浸,(b)机械化学+水浸,(c)机械化学+NH4Cl溶液浸出, (d)机械化学+ H2SO4溶液浸出,

(e)机械化学+NH4Cl-H2SO4溶液浸出

原文链接
https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c00276
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