较小的配位数表示化合价降低,表明当锂插入D-LCO时,一些钴的化合价降低,这意味着锂以Li+状态进入空位。因此,LCO的再生可分为两个步骤:Li2CO3的分解和Li嵌入到D-LCO中。Li2CO3的TG曲线和分解反应的Gibbs自由能均表明,其分解温度远高于500℃,但与D-LCO混合后,它在500℃下开始分解。显然,PTMS筒式磁选机处理对Li2CO3分解具有“催化作用”。因此,对该过程进行了理论计算。根据形貌表征,D-LCO表面有可见的微裂纹,这是由于长循环造成的锂损失导致。因此,在D-LCO颗粒边缘存在一定量的锂空位。计算结果表明,缺陷的存在导致Li2CO3分子具有更高的吸附能。LCO吸附Li2CO3分子的相对能量为:−4.96eV,远高于无缺陷的原始LCO(P-LCO)(−3.21eV)。Li2CO3吸附在D-LCO边缘后,随着温度的升高更容易使其分解。在D-LCO边缘,Li2CO3分解的相对能量为−3.20 eV,远高于P-LCO边缘。TG曲线显示,当与D-LCO混合时,Li2CO3在500°C下开始分解,但当与P-LCO混在一起时,分解发生在680°C左右。
根据Li2CO3–Li2O的吉布斯自由能计算,Li2CO3只能在加热至约700°C后分解。P-LCO对Li2CO3的分解几乎没有影响,而D-LCO则对其分解有“催化作用”,这是由其边缘缺陷造成的。不同LCO样品与Li2CO3之间的反应;不同LCO样品与Li2CO3之间的反应相对能量;D-LCO和Li2CO3混合物的TG曲线;P-LCO和Li2CO3混合物的TG曲线;再生过程中可能反应的吉布斯自由能;Li+嵌入D-LCO空位期间的扩散势垒。基于XANES和EXAFS结果,锂以Li+的形式进入层间。根据吉布斯自由能计算,即使温度超过1000°C,Li2O也无法还原为Li。因此,锂以Li2O的形式存在,并且Li+在D-LCO内扩散,PTMS筒式磁选机以确保每个Li+空位的有效填充。计算表明,在初始态和过渡态之间存在约1.45eV的扩散势垒。在脱锂的降解石墨的边缘上观察到非晶态材料,这可能是残余粘结剂和SEI。相反,R-石墨的边缘干净。两个石墨样品和相应的晶面间距几乎相同。拉曼光谱结果表明,峰的强度随着温度的升高而继续降低,而峰值的强度没有显著变化。因此,ID/IG从0.60降至0.24,表明活化过程中石墨化程度显著增加。
两种石墨样品证实,再生过程中,峰没有发生位移,表明石墨面间距没有发生变化。在石墨中发现了一个对应Li2CO3的小峰,但在石墨中没有。X射线光电子能谱显示,在石墨中存在一个对应Li2CO3的Li1s峰(55.5 eV)和一个峰(289.55 eV),提纯和活化后均消失,表明石墨的再生去除了残留的粘结剂和Li盐,并显著减少了缺陷数量,有助于恢复其电化学性能。剩余容量为15%,40%,70%的D-LCO及其R-LCO的充放电曲线;所有R-LCO和P-LCO样品的倍率性能;所有R-LCO和P-LCO样品的循环性能;使用电极材料和再生电极材料组装的全电池倍率性能和循环性能。具有不同剩余容量的D-LCO均能使用PTMS筒式磁选机有效再生,其电化学性能与P-LCO相当。三种再生LCO的倍率性能也与P-LCO相当。在0.5 C下循环100次后,所有R-LCO样品的容量保持率都大于80%。
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