LiCoO2-SO3體系反應(yīng)動力學(xué)機理及速率影響因素研究.pdf

1、為了倡導(dǎo)“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(shè)備的頻繁更新?lián)Q代導(dǎo)致了日益增多的廢舊鋰離子電池。LiCoO2是這些電子設(shè)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(chǎn)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(jié)果表明，LiCoO2在SO3氣氛中將發(fā)生化學(xué)演變，并生成新的物質(zhì)，但 LiCoO2在 SO3中發(fā)生反應(yīng)的動力學(xué)機

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

3、SO3=6Li2SO4+4Co3O4+O2；2Co3O4+6SO3=6CoSO4+O2。當(dāng)體系中SO3含量低時發(fā)生的是類型反應(yīng)，當(dāng)體系中SO3含量較高時類型(1)和類型(2)的反應(yīng)同時發(fā)生。這兩種類型的反應(yīng)均屬于氣固兩相反應(yīng)，LiCoO2-SO3體系動力學(xué)反應(yīng)機理為：SO3氣體通過邊界層擴散到產(chǎn)物層的表面；SO3氣體通過產(chǎn)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(xué)反應(yīng)；O2通過產(chǎn)物層向外擴散；O2通

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