LiCoO_2-SO_3体系反应动力学机理及速率影响因素研究

题名	LiCoO_2-SO_3体系反应动力学机理及速率影响因素研究
作者	梁鸿雁
学位类型	硕士
导师	王大辉
答辩日期	2017
学位授予单位	兰州理工大学
学位名称	硕士
学位专业	材料学
关键词	LiCoO₂-SO₃体系焙烧气固反应反应机理 LiCoO2-SO3体系
摘要	为了倡导“环境友好型,资源节约型”及“可持续发展”的社会需要,回收再利用废旧锂离子电池势在必行。多品种便携式电子设备的频繁更新换代导致了日益增多的废旧锂离子电池。LiCoO2是这些电子设备所用的锂离子电池中最为广泛使用的正极材料,也是最早商品化、大规模工业化生产的正极材料。LiCoO2正极材料中含有大量的钴锂元素。前期的研究结果表明,LiCoO2在S03气氛中将发生化学演变,并生成新的物质,但LiCoO2在S03中发生反应的动力学机理及温度等体系条件对反应速率的影响不清楚。开展LiCo02-S03体系反应动力学机理及速率影响因素研究,有助于采用酸性焙烧技术从报废LiCoO2中回收Li、Co的新型工艺设计及参数优化研究。在对LiCo02-S03体系发生反应的热力学分析的基础上,本文采用模式配合法对LiCo02-S03体系动力学机理进行了研究,并研究了反应温度、时间、Na2S04的添加对反应的影响作用。热力学结果表明,在300-500℃的温度区间内,LiCo02-S03体系的化学反应为(1) 12LiCo02+6S03=6Li2S04+4Co304+02; (2) 2Co304+6S03=6CoS04+02。当体系中s03含量低时发生的是类型(1)的反应,当体系中S03含量较高时类型(1)和类型(2)的反应同时发生。这两种类型的反应均属于气固两相反应,LiCo02-S03体系动力学反应机理为:1)S03气体通过边界层扩散到产物层的表面;2) S03气体通过产物层扩散到LiCoO2的表面;3)在LiCoO2的表面,S03被吸附后发生界面化学反应;4)02通过产物层向外扩散;5)02通过边界层向外扩散。LiCo02-s03反应的最佳机理函数G(R)为1-2/3R - (1-R)2/3,在300-500℃的温度区间内,LiCo02-S03体系反应的限制性环节为内扩散。TG-DSC的研究结果表明,在300-500℃的温度区间内,LiCo02-SO3体系发生的反应是吸热反应,提高:反应温度有利于加快反应速率。反应体系中添加Na2S04的时,Na2S04的存在使产物层膜Li2S04等破裂,有利于S03内扩散,加快反应速率。Li2S04、CoS04 和 Na2S04 则以形成 Li2Co(S04)2、NaLiS04、Na2Co(S04)2和Na6Co(S04)4的物相形式存在。
其他摘要	On the basis of thermodynamic analysis of the reaction of LiCoO2-SO3 system,model fitting method was used to study kinetic reaction mechanism of LiCoO2-SO3 system and to study effects of reaction temperature,reaction time and Na2SO4 addition on chemical reaction.
页数	64
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语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	TM912
学号	142080502002
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/92528
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	梁鸿雁. LiCoO_2-SO_3体系反应动力学机理及速率影响因素研究[D]. 兰州理工大学,2017.