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中国有色金属学报
中国有色金属学报

黄伯云

月刊

1004-0609

f-ysxb@mail.csu.edu.cn

0731-88876765,88877197

410083

湖南省长沙中南大学内

中国有色金属学报/Journal The Chinese Journal of Nonferrous MetalsCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中国科技论文统计与分析和中国科学引文数据库的源期刊。已被国际和国内著名检索系统和数据库收录。本刊的影响因子和总被引频次名列冶金、金属学类期刊前茅。
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    阴离子密堆二次电池正极材料中离子宿住迁移与能量存蓄机制晶体化学新探索

    梁叔全郭珊何伟曹鑫鑫...
    1769-1785页
    查看更多>>摘要：在二次电池电极材料中,有一类性能优良的材料具有阴离子密堆或近密堆方式构筑的晶体结构.宿住阳离子在密堆留下的空隙空间中宿住、迁移,从而实现能量转换与存储.相关过程微观机理的研究由于涉及原子尺度的微观结构辨析和电子层面的分析,实验研究难度较大.因此,更多是通过晶体学理论分析与晶体场理论和量子力学第一性原理计算结合展开.已有的理论从过渡金属配位体晶体场分析展开,但宿住离子宿住迁移中电子相互作用关注相对不足.本文根据已有的实验事实,在精准描述最具代表性的阴离子(氧离子)面心立方紧密堆积(FCC)结构中空隙空间准确形态和微分几何方法准确解析空腔真实体积的基础上,结合空隙空腔独特形态,对经典晶体学中Pauling第一规则的分析方法作了拓展.根据新的理解,提出了宿住阳离子在空隙空腔宿住和徒迁拓扑形变新模式,及其可能拥有的电子形态学新特征,提出了空隙空腔中宿住阳离子体积与密堆阴离子半径间的新关系.为了进一步说明住宿离子电子形态特征,通过第一性原理计算获得了典型FCC结构LiMn2O4尖晶石中电子密度等势图,构造了锂离子宿住四面体空隙空腔的电子密度等势特征分布的三维形态,与晶体学分析中获得的电子形态新特征变化一致.通过夹在两个密排面间的{110}面族电子云密度分布分析,首次清晰地揭示了LiMn2O4中锂离子的"S"形徒迁途径,及其对附近锰离子配位多面体电子云密度分布的影响.依据宿住离子脱/嵌新特征,提出阴离子拓扑多面体晶体场对宿住阳离子电子云压缩发生拓扑变形实现能量转换储蓄的新思路,据此计算了典型紧密堆积构造的电极材料新的理论能量密度,并和传统方法计算的理论值进行了比较,二者十分接近,为从晶体学和量子力学理解二次电池能量储存提供了新视角.

    二次电池密堆积正极材料离子迁移能量存蓄机制晶体化学分析第一性原理计算

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    废旧锂离子电池正极材料有价金属回收研究现状

    李峻田阳杨斌徐宝强...
    1786-1808页
    查看更多>>摘要：近年来,随着"碳达峰"、"碳中和"等目标的提出,新能源电动汽车发展迅速,锂离子电池的需求量也随之剧增,而大量锂离子电池的使用也必将迎来锂离子电池爆发式退役,从而大量的废旧锂离子电池有待回收.锂电池大致可分为三元锂电池、磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池四大类,目前主要的回收方法有火法冶金技术、湿法冶金技术.本文叙述了近年来上述四大类锂离子电池正极目标金属的回收研究现状,从流程的难易程度、目标金属的提取效率以及对环境是否产生污染性气体或废液等多个方面来分析各项工艺.最后,对不同冶金工艺的优缺点进行总结以及未来的前景进行展望.

    锂离子电池回收正极材料火法冶金真空

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    锂离子电池极片辊压异质微结构演化与性能相关性研究进展

    张俊鹏孙静娜黄华贵苑振革...
    1809-1829页
    查看更多>>摘要：在力争实现"碳达峰、碳中和"的"双碳"战略目标背景下,电池储能技术已成为我国汽车产业转型和经济可持续增长的重要发展方向.极片作为锂离子电池(LIB)的核心部件,决定了电池能量密度和服役安全性,而辊压工序是确保极片达到所需压实密度、提高电池综合性能的关键.然而,由于极片为"涂层-集流体-涂层"的典型层状复合结构,具有异质性特征,其中涂层为多孔可压缩结构,在辊压时涉及活性颗粒间和颗粒-集流体间的相互作用,因此,辊压变形机理极为复杂,厚度控制难度大,对后续性能表现影响显著.本文概述了极片辊压工艺基础理论、基本机理及性能的研究进展,有助于深入理解正负极片辊压-微结构-性能表现之间的相关性,为预测极片正向性能、设计极片反向工艺与微结构、完善辊压工艺设定和提高极片产品质量提供指导.

    电池极片辊压微结构性能工艺建模

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    废旧锂离子电池正极材料回收技术研究现状

    尹逸雄任永生马文会雷云...
    1830-1847页
    查看更多>>摘要：为了保护环境和节约化石能源,电动汽车正逐步代替传统的内燃机汽车.锂离子电池具有高能量密度、高工作电压、循环性能好、使用温度范围广等特点,近年来被广泛应用于新能源汽车.随着新能源汽车的快速发展,大量动力电池将陆续进入退役期.退役的锂离子电池若处置不当,其电解液、隔膜等有机物会对环境造成严重污染,同时锂离子电池的正极材料中含有大量的的有价金属没有得到充分利用.本文综述了退役锂离子电池正极材料回收处理技术,主要包括电池的预处理、火法冶金和湿法冶金技术,并对比了各种技术的优缺点.在此基础上,展望了未来锂离子电池正极材料回收技术发展方向.

    退役锂离子电池有价金属正极材料回收

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    乙腈-水系混合电解液对Zn-Na3V2(PO4)3电池电化学稳定性的影响

    欧林娜刘哲轩曹鑫鑫梁叔全...
    1848-1860页
    查看更多>>摘要：Na3V2(PO4)3正极材料具有稳定的三维框架结构、较高的工作电压和相对成熟的制备工艺,近年来也逐渐用于水系锌离子电池中.然而,二价Zn2+的脱嵌和活泼的水系反应环境会加速磷酸盐晶格的破坏.本文在Zn-Na3V2(PO4)3电池体系的水系电解液中加入适量的乙腈(AN),研究电解液中AN与水的比例对离子溶剂化结构和电化学行为的影响规律,并通过非原位XRD探究Na3V2(PO4)3晶体结构的演变.结果表明:过少的AN会加快正极材料晶格框架的破坏,而过多的AN会减缓电极反应动力学;在含有适量AN的电解液中,Zn-Na3V2(PO4)3电池不但在50 mA/g的电流密度下具有91.4 mA∙h/g的较高比容量,同时在500 mA/g的电流密度下可以稳定循环1000次且无明显容量衰退.

    Zn-Na3V2(PO4)3电池乙腈有机-无机混合电解液电化学稳定性离子可逆脱嵌

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    机械研磨强化废旧锂电材料的选择性提锂

    张光文姜涛丁立鑫刘子孟...
    1861-1870页
    查看更多>>摘要：锂离子选择性提取是废旧锂离子电池资源化的重要环节,本文通过无氧低温热处理-机械研磨-筛分除杂强化混合电极粉料选择性提锂.通过物相、形貌、表面元素化学形态、粒度变化等分析混合粉料选择性优先提锂的强化机制.结果表明:500℃无氧低温热处理脱除有机黏结剂过程中可同步实现部分锂离子迁移析出,湿式机械研磨可实现大颗粒团聚物的解离,并同步实现16.09%锂离子浸出;机械研磨并筛分处理后,混合电极粉料中铝含量由3.25%降为0.63%(质量分数),铜含量由2.75%降为0.48%(质量分数);机械研磨可有效促进石墨与正极材料的还原反应过程,强化电极材料中锂离子的迁移析出.低温焙烧-机械研磨-筛分除杂预处理后,混合电极材料还原焙烧-水浸选择性提锂效率由76.81%提升至86.08%.

    废旧锂离子电池电极材料还原焙烧选择性提锂过程强化

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    氮掺杂分级孔道碳的制备及其锌离子储能特性

    王甜俞娟谢雨琪彭嘉鑫...
    1871-1883页
    查看更多>>摘要：本文选用生物质材料荷花花粉作为碳源,以不同比例的ZnCl2作为活化剂,采用超声分散、一步碳化活化、高能珠磨等工艺制备出具有天然球形分级孔道结构的生物质衍生多孔碳材料(LPC),通过将其作为水系锌离子电容器(AZIC)的正极材料进行形貌结构及电化学性能研究.结果表明:ZnCl2和花粉的最佳活化质量比为2∶1,此时LPC的比表面积为1516 m2/g,并表现出了最佳的充放电特性.在0.1 A/g的电流密度下,LPC首次放电比容量达到了69.9 mA∙h/g;在5 A/g的电流密度下循环1450圈后的容量保持率为79.9%.这些性能的改善主要归因于LPC的大比表面积、丰富的天然分级孔道结构及氮、氧原子掺杂特性,为Zn2+提供快速的扩散路径及大量的电化学活性位点,诱导其产生了额外的赝电容.

    锌离子电容器花粉多孔碳氮掺杂

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    煅烧温度对钠离子电池P2-Na0.67Ni0.1Fe0.1Mn0.8O2正极材料性能的影响

    吴奇峰谭磊任延杰邹康宇...
    1884-1892页
    查看更多>>摘要：层状氧化物材料因其容量高被认为是钠离子电池(SIBs)的候选正极材料,其中,锰基P2型层状氧化物因成本低、稳定性好,是具有发展前景的钠离子电池层状正极材料.本文采用固相烧结法制备一种P2-Na0.67Ni0.1Fe0.1Mn0.8O2正极材料,研究煅烧温度对正极材料性能的影响.结果表明:在875℃下获得的Na0.67Ni0.1Fe0.1Mn0.8O2正极材料具有结晶良好的P2纯相,表现出优异的电化学性能.在1.5～4.3 V的电压范围内,0.05C下所制备正极材料的初始放电容量为232 mA∙h/g,且循环100次后,正极材料的容量保持率为69.5%.

    钠离子电池Ni/Fe/Mn基正极材料煅烧温度电化学性能

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    航空航天铝合金腐蚀疲劳失效与寿命预测研究进展

    张宇鹏王海斗董丽虹金国...
    1893-1913页
    查看更多>>摘要：铝合金具有低密度、高强度、良好的加工性能和焊接性能等众多优点,在航空航天领域得到了广泛的应用.在沿海或海洋环境中服役的航空航天装备,由于海水飞溅、雨水冲刷,一定程度上会受到腐蚀的影响,因此航空航天铝合金面临腐蚀疲劳的服役条件.本文综述了航空航天铝合金的应用现状,从腐蚀疲劳的失效机理角度,详细总结了腐蚀疲劳裂纹萌生机理、扩展机理以及裂纹的萌生位置和裂纹扩展行为,并对典型航空航天铝合金的腐蚀疲劳性能进行了概述,介绍了近年来在预腐蚀疲劳条件和腐蚀-疲劳交替条件下航空航天铝合金寿命预测的方法.从宏观与微观角度对航空航天铝合金腐蚀-疲劳交替过程进行研究,以及建立更加精准的腐蚀疲劳寿命预测模型是未来研究的重点.

    航空航天腐蚀疲劳裂纹萌生裂纹扩展寿命预测

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    镁基复合材料增材制造技术研究进展

    陶新苗孙家伟黄玉川吴国华...
    1914-1937页
    查看更多>>摘要：镁基复合材料通过基体与增强体的协同配合,克服了传统镁合金绝对强度和刚度较低、承载能力较差的难题,而增材制造技术的强成形能力、高制备精度、短制备周期为定制复杂结构且组织均匀的镁基复合材料提供可能.因此,本文从镁基复合材料的组成出发,简单介绍传统制备方式后,归纳梳理了镁基复合材料增材制造技术的研究进展,总结不同制造过程中工艺参数对成形件组织和性能的影响规律,最后在分析所存在的问题和挑战的基础上,对镁基复合材料增材制造技术未来的研究方向进行聚焦和展望.

    镁基复合材料增材制造选区激光熔化电弧增材制造力学性能

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