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        肖圍教授課題組在《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》上報道資源化處理廢棄印刷線路板制備鋰離子電池高性能合金負極材料的新策略

        發布時間:2024-04-08 11:16:24閱讀次數:

             

        內容簡述:

        近日,《礦物冶金與材料學報》(Int. J. Miner. Metall. Mater.)發表了必威肖圍教授課題組的最新研究成果。利用廢棄印刷線路板Cu-Sn浸出液作為電沉積液,通過原位電沉積法成功制備了無粘結劑的銅錫合金/碳納米管(Cu6Sn5/CNTs)合金薄膜電極,系統探究了電沉積液中碳納米管(CNTs)的濃度對合金薄膜電極的影響。與傳統電極制備工藝不同的是,此合金薄膜電極不需要額外添加導電劑和粘結劑便可牢固的附著在集流體銅箔上,可以進一步提升電池的體積能量密度,實現了廢棄印刷線路板的資源化利用。

        論文題目為“Three-dimensional structural Cu6Sn5/carbon nanotubes alloy thin-film electrodes fabricated by in situ electrodeposition from the leaching solution of waste-printed circuit boards”,碩士研究生聶淑晴為論文的第一作者,肖圍教授為論文的通訊作者。

        電子產品更新迭代對鋰離子電池的安全性和耐久性提出了更高要求,開發新型負極材料助力高能量密度鋰離子電池十分關鍵。已報道的Cu-Sn二元合金中,金屬間化合物Cu6Sn5能量最低,結構最穩定。此外,Cu不與Li反應,而是作為一種非活性緩沖相來緩解鋰化過程中產生的機械應力,從而提高了合金負極材料的循環性能。電子產品升級換代給鋰離子電池能量密度帶來技術挑戰的同時也產生了大量的廢棄印刷電路板,含有各種貴重金屬(Au、Ag、Pt、Cu、Sn等),如何利用廢棄印刷線路板中富含的Cu、Sn金屬制備Cu6Sn5合金薄膜電極受到了研究者的關注。錫基材料因較高的理論容量而被認為是極具潛力的鋰離子電池負極材料。然而,由于合金化和去合金化過程中存在體積膨脹效應,使得電池容量迅速衰減,限制了實際應用。

        基于上述挑戰,肖圍教授課題組采用廢棄印刷線路板(WPCBs)浸出液作為電沉積液,通過原位電沉積法直接制備無粘結劑的銅錫合金/碳納米管(Cu6Sn5/CNTs)合金薄膜電極,并探究電沉積液中碳納米管(CNTs)濃度對合金薄膜電極的影響。結果表明,電沉積液中CNTs濃度為0.2 g/L時,易團聚Cu6Sn5合金納米顆粒均勻分布在CNTs三維網狀結構中。Cu6Sn5/CNTs-0.2合金薄膜電極組裝的電池表現出優異的循環性能和倍率性能,0.1 A/g,循環50次,放電比容量為458.35 mAh g-1,容量保持率為82.58%;0.1、0.2、0.5、1.02.0 A/g,放電比容量分別為518.24、445.52、418.18、345.33278.05 mAh g-1。該研究不僅為鋰離子電池負極材料的制備提供了參考,還為資源化利用廢棄印刷線路板提供了一種經濟有效的策略。

        該研究工作得到了國家自然科學基金、湖北省杰出青年基金、湖北省青年拔尖人才培養計劃項目的支持。

        圖文摘要:

        文章鏈接:https://doi.org/10.1007/s12613-022-2591-4


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