期刊科普丨2024年《矿冶》第5期“可持续矿冶电化学专辑”题目与摘要

期刊科普丨2024年《矿冶》第5期“可持续矿冶电化学专辑”题目与摘要

01 储能与动力电池用橄榄石型正极材料的开发及产业化进展

摘 要：橄榄石型 LiMePO4具有成本低、循环寿命长、安全性好、环境友好等优点，成为应用最广泛的锂离子电池正极材料之一。然而，该类材料存在电子电导率低、Li+扩散差、压实密度低等固有缺陷，阻碍了在储能、电动车、航空等高性能电池的拓展应用。全面总结了 LiMePO4,正极材料的品体结构、电子结构、产业化工艺路线、存在问题、改性策略等研究和开发进展，详细分析了掺杂改性、纳米化等提高材料电化学性能的内在机理，梳理了表面包覆、新型结构设计等对材料的保护机制这儿种手段组合使用，可有效提高 LiMePO4的电子电导率、离子扩散速率、压实密度，实现更高的倍率性能、更长的循环寿命和更高的能量密度电池设计。最后，对橄榄石型正极材料未来在能量密度提升、成本持续降低、面向固态电池商业化应用等方向的发展前景进行了展望。

引用格式：刘亚飞.储能与动力电池用橄榄石型正极材料的开发及产业化进展[J].矿冶，2024，33（5）：637-653.

02乙二胺作为电解锰新型pH调节剂

摘 要:锰电解过程在(NH4)2SO4-MnSO4体系进行时，需维持电解液pH值稳定在7.0~7.2。但阳极析氧反应使得长期电解条件下电解液pH值不断下降。生产上均使用氨水调节电解液 pH值。但氨水易挥发，导致整个生产车间氨气味道刺鼻，影响身体健康。此外，持续加人氨水造成电解液中的氨不断累积膨胀，最终产生大量氨氨废水和氨氨锰渣。鉴于乙二胺与氨水的化学性质相似性，且具备更强的碱性及更低的挥发性，探索以乙二胺取代氨水作为 pH值调节剂，以减少氨源的使用量、改善作业环境，探究乙二胺新体系电解锰的可行性。

引用格式：衷水平，常青瑶，陈俊南，张瑞莹，郭昊，何守兴，迟晓鹏，翁威.乙二胺作为电解锰新型pH调节剂[J].矿冶，2024，33（5）：654-661，669.

03 电化学连续净化法脱除硫酸锌溶液中的氯

摘 要：提出了一种从锌电积液中连续分离氯离子的电化学方法，并探究了分离氯离子的最佳工艺。结果表明：控制锌电积 液在自制装置中的水力停留时间为5.6 min、电场场强为100 V∙m-1的条件下，可获得最好的分离效果及较低的能耗；分离比 达到12.39，分离净化过程中的净化功耗仅为0.003519 kW∙h∙m-3，氯离子迁移效率达到36.40 mg∙J-1；分离净化所得氯离子净化液中氯离子质量浓度低于100 mg∙L-1，符合工业生产对锌电积液中氯离子含量的要求。该工艺净化深度高、稳定性 良好，可满足湿法炼锌工艺中连续生产的需求，为湿法炼锌的净化除氯提供了一种新工艺。

引用格式：李启坤，杨长江，李灿，常军.电化学连续净化法脱除硫酸锌溶液中的氯[J].矿冶，2024，33（5）：662-669.

04 基于Fe掺杂SrCoO3敏感电极的阻抗型 NO2传感器

摘 要:NO2作为有害污染物，会引发光化学烟雾、酸雨和土地富营养化等。为了减少 NO2的排放，各个国家和地区制定了相关的法律和法规。开发高性能的 NO2传感器对于监测和控制NO2处理过程至关重要。利用 Fe 掺杂 SrCoO3为敏感电极(SE)钇稳定氧化锆(YSZ)为电解质，制备阻抗谱型 NO2传感器。结果表明，在 550 ℃下，Fe掺杂SrCoxFe1-xO3-SE传感器对不同浓度的 NO2气体具有良好的响应能力；掺人 Fe元素，传感器的灵敏度显著提高;在高浓度 NO2气氛下，相角(@)响应值增加明显，在低浓度 NO2气氛下，响应值未明显降低。综合考虑响应值和响应速率等因素，SrCo0.85Fe0.15O3-SE传感器敏感性能最佳，最佳工作温度为550 ℃，最大响应值高达27.1°，是未掺杂Fe之前的1.96倍。此外，在受到 CH4、CO2、H2、NH3和 NO等气体的干扰下，SrCo0.85Fe0.15O3-SE传感器仍然能够保持良好的选择性。研究可对固体电解质型 NO2传感器研究提供参考。

引用格式：史英伟，刘永光，王岭，孟维薇，李跃华，戴磊.基于Fe掺杂SrCoO3敏感电极的阻抗型 NO2传感器[J].矿冶，2024，33（5）：670-676,693.

05 电积锌用 Pb-Ag/MnO2涂层阳极制备及电化学性能

摘 要:铅银合金(Pb-Ag)是锌电积及其它冶金工艺中应用最广泛的阳极材料。随着节能环保要求的逐渐提高，由于存在过电位低和稳定性差等缺点，Pb-Ag阳极难以适用于绿色工业体系的发展。如何提升其析氧催化活性、降低能耗并提高其耐腐蚀性能，成为亟待解决的工业难题。采用恒电流电沉积法在 Pb-Ag阳极上制备了纳米二氧化锰薄膜涂层，测试了阳极的组织和电化学性能。研究表明：MnO2涂层表面疏松裂纹结构不仅提高了催化活性，还促进了传质过程的进行，使得 Pb-Ag/MnO2阳极的析氧反应活性和稳定性均优于 Pb-Ag阳极。其中，Pb-Ag/MnO,阳极的析氧过电位为 555 mV，塔菲尔斜率为 208.5 mV/dec，优于 Pb-Ag阳极的析氧过电位和塔菲尔斜率。同时，Pb-Ag/MnO2阳极在长周期的电解锌实验中表现出良好的析氧反应活性和耐腐蚀性能，其槽电压比 Pb-Ag 阳极槽电压小 0.1 V左右，能耗低于Pb-Ag阳极。

引用格式：李传斌，江洪林，田林，袁学韬，胡志方，尹延西.电积锌用 Pb-Ag/MnO2涂层阳极制备及电化学性能[J].矿冶，2024，33（5）：677-683.

06 辉锑矿基 Sb2S3/石墨复合材料制备及其电化学性能

摘 要:以天然辉锑矿和天然石墨为原料，采用辅助球磨法制备具有不同比例的辉锑矿基 Sb2S3/石墨复合材料。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段分别表征复合材料的结构、组成和形貌。以不同比例的辉锑矿基 Sb2S3/石墨复合材料作为锂离子电池负极材料制备纽扣电池，测试该复合材料的电化学性能。结果表明:随着天然石墨的质量分数的增加，辉锑矿基Sb2S3/石墨复合材料的循环稳定性得到提升，在长循环中保持了高可逆性。其中， Sb2S3/石墨(质量比为1∶1)复合材料在1 A∙g-1电流密度下经过 110 次循环后仍可保持 351 mA∙h∙g-1的放电比容量，容量保持率达到52%。

引用格式：朱凡，孟必成，刘思名，田小旭，俞娟.辉锑矿基 Sb2S3/石墨复合材料制备及其电化学性能[J].矿冶，2024，33（5）：684-693.

07 电沉积法制备高纯镍粉

摘 要:采用电沉积法制备高纯度镍粉，用Zeta电位仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、扫描电子显微镜和X射线衍射分析等手段分别表征产物镍粉的粒度、化学成分、微观形貌和微观品体结构。系统探究了工艺参数电流密度、镍离子质量浓度、电解液pH值、NH4Cl质量浓度、电解温度和取粉时间等因素对电积镍粉粒度、电流效率以及镍粉微观形貌的影响。结果表明，工艺参数电流密度、镍离子质量浓度、电解液pH值、NH4Cl质量浓度、电解温度和取粉时间均对电积镍粉的粒度分布和形貌等有显著影响；电极板间距为30 mm时的最佳工艺参数条件为电流密度为3 000 A/m2、电积液Ni2+质量浓度为5 g/L、pH值为 5、温度 40 ℃、添加剂 NH4Cl质量浓度为10 g、取粉时间间隔为120 s，在此试验条件下所得镍粉粒度分布均匀，颗粒微观形貌为树枝状，镍粉纯度可达到 99.87%；模拟工业生产电解液成分人工配制的含杂质离子Fe3+、Cu2+的硫酸镍溶液为电解液进行电积试验，可得到镍粉纯度为 99.84%、粒度分布均匀、微观形貌呈树枝状的高纯镍粉。研究结果可为工业电积镍制备高纯镍粉提供参考。

引用格式：迟晓鹏，黄绍怡，陈江濠，翁威，陈俊南，谭文，衷水平.电沉积法制备高纯镍粉[J].矿冶，2024，33（5）：694-704.

08 锂离子电池复合铜箔集流体及其制备方法

摘 要:集流体作为锂离子电池汇集电流和支撑活性物质的重要结构，在高性能锂离子电池开发中占据着举足轻重的地位，相比于传统铜箔，复合铜箔是一种新型的轻质负极集流体，其独特的“Cu-聚合物-Cu”三明治结构可以显著降低集流体重量，增加电池的质量能量密度。同时，绝缘且柔韧的聚合物中间层可以阻断电子的横向传输，缓解充电过程负极嵌锂引起的膨胀应力，从而提高电池的安全性能和循环性能。介绍了复合铜箔中间层类型，评述了复合铜箔作为负极集流体的优势，总结了磁控溅射、真空蒸镀、化学镀、水电镀等典型复合铜箔制备方法，展望了复合集流体的应用前景，提出了未来需要重点关注和有待加强的研究方向和内容。

引用格式：敦雪洋，谢佳俊，王明涌.锂离子电池复合铜箔集流体及其制备方法[J].矿冶，2024，33（5）：705-713.

09 铍资源回收与高值化工艺进展

摘 要:铍是一种具有优异性能的轻金属，在核能、惯性导航系统和红外光学系统等领域发挥重要作用。由于我国铍资源匮乏，回收铍生产、应用过程中大量产生且未被充分利用的铍二次资源就显得尤为重要。同时，随着我国电子、航空航天等行业的迅猛发展与高端器件的不断迭代，对金属铍的纯度也提出了更高的要求。为实现铍资源高值化利用，推动高纯铍制备工艺的自主研发，围绕工业生产及应用过程中含铍资源的回收工艺以及高纯铍的精炼进行系统性综述，并针对各工艺优势和不足进行分析和展望。

引用格式：刘晶晶，李少龙，吕泽鹏，罗文，王东新，何季麟，宋建勋.铍资源回收与高值化工艺进展[J].矿冶，2024，33（5）：714-728.

10 化学气相沉积法在锂离子电池硅/碳负极中的应用

摘 要:在众多锂离子电池负极材料中，硅由于其超高的理论容量(4 200 mA·h·g-1)，被认为是下一代高能量密度电池最有前途的负极材料。然而，硅基材料在循环中较大的体积效应，限制了其电化学性能的发挥，并极大地阻碍了其实际应用。研究表明，硅/碳复合负极材料能够有效缓解硅的体积膨胀，提升导电性，从而提高硅基负极的稳定性和电池的循环寿命。然而，实现高稳定性的批量生产仍然是一个巨大的挑战。由于化学气相沉积法(CVD)可以实现高质量沉积，且工艺简单，因此在制备硅/碳负极材料中得到广泛应用。从沉积硅、沉积碳和沉积硅/碳三个方面展开综述了化学气相沉积法在锂离子电池硅/碳负极中的应用，重点介绍了其设计策略和电池性能。最后，给出了硅基负极的发展趋势和应用前景。

引用格式：成业，郭纵，郑朝振，刘朋远，王舒玮.化学气相沉积法在锂离子电池硅/碳负极中的应用[J].矿冶，2024，33（5）：729-737.

11 熔盐电解制备钆铁中间合金电解质体系物化性质

摘 要:为了获得优质的Gd-Fe中间合金，以LiF-GdF3电解质为研究对象，进行了初晶温度、密度、黏度以及氧化钆在电解质中溶解行为等研究。研究发现，初晶温度随LiF含量的增加而降低，是因为 GdF3与LiF发生络合作用生成LiGdF4放热导致；电解质黏度随Li含量的增加而减小；温度一定时，电解质的密度随GdF3含量的升高而增大；当电解质配成一定时，密度随着温度的升高而减小；制备的Gd-Fe中间合金产品主要由 Gd和 GdFe2组成，且成分均匀。

引用格式：于兵，姚昌昱，张龙飞，贾志鹏，闫奇操.熔盐电解制备钆铁中间合金电解质体系物化性质[J].矿冶，2024，33（5）：738-745.

12 钠离子电池硬碳负极的优化设计研究进展

摘 要:开发合适的负极材料是促进钠离子电池实现商业化的关键，其中硬碳具有高容量、低成本、环保、低工作电位，被认为是最理想的选择。然而，硬碳负极在实际应用中也面临着初始库伦效率低、长循环稳定性及倍率性能较差等问题。近年来，研究学者在对硬碳负极的优化方面取得了突破性成效，实现了从实验室研制到批量生产的重大转型。总结了钠离子电池硬碳负极性能优化的研究进展，在深入了解前驱体特性的基础上，分析了碳化温度、预氧化工艺、孔隙结构、异质原子掺杂等对硬碳性能的影响，展望了未来的发展方向。

引用格式：张西平，秦少杰，余奕威，朱子翼，李雪.钠离子电池硬碳负极的优化设计研究进展[J].矿冶，2024，33（5）：746-756.

13 硬碳储钠负极材料研究进展

摘 要:钠离子电池因其优异的低温性能、成本低和安全性高，有潜力在电动自行车和储能领域取代锂离子电池。然而，开发低成本、高可逆容量和优异循环稳定性的钠离子电池负极材料成为限制钠离子电池进一步发展的因素。硬碳材料因其丰富的原料来源、低廉的成本、易于获取、高碳产率、环境友好性以及含有多种元素等特点，受到了业界的广泛关注。为开发高性能硬碳材料，探讨了硬碳材料储钠机制，分析了前驱体选择和微观结构对硬碳材料性能的影响，总结了硬碳负极的研究现状，展望了硬碳材料在钠离子电池中的应用前景。

引用格式：曾晓苑，吉顺，王金林，郭雨洁，章艳佳，朱子翼.硬碳储钠负极材料研究进展[J].矿冶，2024，33（5）：757-765.

14 锌电积用涂层钛阳极制备及性能

摘 要:涂层钛阳极是一种性能优异的电极，在锌电积中有很好的应用前景。采用热分解法制备阳极涂层，并使用X射线衍射、扫描电子显微镜、循环伏安曲线、线性扫描伏安法测试、交流阻抗测试、寿命测试和锌电积等方法对涂层钛阳极进行测试表征，探究了 Ir、Ru、Mn对阳极涂层形貌结构、电化学性能、耐腐蚀性及锌电积电流效率的影响。结果表明：几种氧化物的催化活性由大到小依次为 1rO2>RuO2>β-MnO2，IrO2、RuO2、MnO2可形成金属氧化物固溶体，改善涂层形貌，提高涂层稳定性和寿命。Ti/IrO2-RuO2-MnO2阳极强化电解寿命为 108 h，锌电积电流效率可达 91.35%，具有很好的稳定性和电化学性能。

引用格式：林琳，田林，杨妮，李小英，谢刚，庄晓东.锌电积用涂层钛阳极制备及性能[J].矿冶，2024，33（5）：766-773.

15 电解锰渣中温焙烧无害化处理

摘 要:电解锰渣产量大、含污染性物质，当前处理方式主要为渣库堆存，带来一定的安全环保隐患，制约我国锰产业的高质量发展。为开发电解锰渣无害化处理工艺，分别采用直接焙烧和添加碱性添加剂协同中温焙烧工艺处理电解锰渣，系统考察了焙烧温度、焙烧时间、添加剂掺入量等因素对焙烧渣水溶锰、水溶性盐、氨氮、有机质含量的影响。结果表明，直接焙烧时，焙烧产物中水溶锰、水溶性盐含量仍较高，氨氮、有机质明显降低;掺人碱性添加剂焙烧时，水溶锰、水溶性盐固化及氨氮、有机质脱除效果显著，在焙烧温度 600 ℃、焙烧时间 100 min、碱性添加剂掺入量为 10%的最佳条件下，焙烧样中水溶锰为 0.21 μg∙L-1、水溶性盐质量分数为1.91%、氨氮含量为 3.36 mg∙L-1、有机质为1.95%，达到《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》(GB 18599—2020)中对进人工类堆场的一般工业固体废物要求。电解锰渣直接中温焙烧难以实现无害化，掺人碱性添加剂中温焙烧后可实现无害化处理。本研究对降低电解锰渣污染风险，实现安全处置具有一定的指导作用。

引用格式：陈沪飞，张茂，杨博，王东，康凯，彭艳枚.电解锰渣中温焙烧无害化处理[J].矿冶，2024，33（5）：774-782.