LiCoO2-SO3體系反應動力學機理及速率影響因素研究.pdf

1、為了倡導“環(huán)境友好型，資源節(jié)約型”及“可持續(xù)發(fā)展”的社會需要，回收再利用廢舊鋰離子電池勢在必行。多品種便攜式電子設備的頻繁更新換代導致了日益增多的廢舊鋰離子電池。LiCoO2是這些電子設備所用的鋰離子電池中最為廣泛使用的正極材料，也是最早商品化、大規(guī)模工業(yè)化生產的正極材料。LiCoO2正極材料中含有大量的鈷鋰元素。前期的研究結果表明，LiCoO2在SO3氣氛中將發(fā)生化學演變，并生成新的物質，但 LiCoO2在 SO3中發(fā)生反應的動力學機

2、理及溫度等體系條件對反應速率的影響不清楚。開展 LiCoO2-SO3體系反應動力學機理及速率影響因素研究，有助于采用酸性焙燒技術從報廢LiCoO2中回收Li、Co的新型工藝設計及參數優(yōu)化研究。
　　本研究采用模式配合法對 LiCoO2-SO3體系動力學機理進行了研究，并研究了反應溫度、時間、Na2SO4的添加對反應的影響作用。熱力學結果表明，在300-500℃的溫度區(qū)間內，LiCoO2-SO3體系的化學反應為：12LiCoO2+6

3、SO3=6Li2SO4+4Co3O4+O2；2Co3O4+6SO3=6CoSO4+O2。當體系中SO3含量低時發(fā)生的是類型反應，當體系中SO3含量較高時類型(1)和類型(2)的反應同時發(fā)生。這兩種類型的反應均屬于氣固兩相反應，LiCoO2-SO3體系動力學反應機理為：SO3氣體通過邊界層擴散到產物層的表面；SO3氣體通過產物層擴散到 LiCoO2的表面；在LiCoO2的表面，SO3被吸附后發(fā)生界面化學反應；O2通過產物層向外擴散；O2通

4、過邊界層向外擴散。LiCoO2-SO3反應的最佳機理函數 G(R)為1-2/3R-(1-R)2/3，在300-500℃的溫度區(qū)間內， LiCoO2-SO3體系反應的限制性環(huán)節(jié)為內擴散。結果表明，在300-500℃的溫度區(qū)間內， LiCoO2-SO3體系發(fā)生的反應是吸熱反應，提高反應溫度有利于加快反應速率。反應體系中添加Na2SO4的時，Na2SO4的存在使產物層膜 Li2SO4等破裂，有利于 SO3內擴散，加快反應速率。Li2SO4、C