肖围教授课题组在《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》上报道资源化处理废弃印刷线路板制备锂离子电池高性能合金负极材料的新策略

内容简述：

近日，《矿物冶金与材料学报》（Int. J. Miner. Metall. Mater.）发表了化学与环境工程学院肖围教授课题组的最新研究成果。利用废弃印刷线路板Cu-Sn浸出液作为电沉积液，通过原位电沉积法成功制备了无粘结剂的铜锡合金/碳纳米管（Cu₆Sn₅/CNTs）合金薄膜电极，系统探究了电沉积液中碳纳米管（CNTs）的浓度对合金薄膜电极的影响。与传统电极制备工艺不同的是，此合金薄膜电极不需要额外添加导电剂和粘结剂便可牢固的附着在集流体铜箔上，可以进一步提升电池的体积能量密度，实现了废弃印刷线路板的资源化利用。

论文题目为“Three-dimensional structural Cu₆Sn₅/carbon nanotubes alloy thin-film electrodes fabricated by in situ electrodeposition from the leaching solution of waste-printed circuit boards”，硕士研究生聂淑晴为论文的第一作者，肖围教授为论文的通讯作者。

电子产品更新迭代对锂离子电池的安全性和耐久性提出了更高要求，开发新型负极材料助力高能量密度锂离子电池十分关键。已报道的Cu-Sn二元合金中，金属间化合物Cu₆Sn₅能量最低，结构最稳定。此外，Cu不与Li反应，而是作为一种非活性缓冲相来缓解锂化过程中产生的机械应力，从而提高了合金负极材料的循环性能。电子产品升级换代给锂离子电池能量密度带来技术挑战的同时也产生了大量的废弃印刷电路板，含有各种贵重金属（Au、Ag、Pt、Cu、Sn等），如何利用废弃印刷线路板中富含的Cu、Sn金属制备Cu₆Sn₅合金薄膜电极受到了研究者的关注。锡基材料因较高的理论容量而被认为是极具潜力的锂离子电池负极材料。然而，由于合金化和去合金化过程中存在体积膨胀效应，使得电池容量迅速衰减，限制了实际应用。

基于上述挑战，肖围教授课题组采用废弃印刷线路板（WPCBs）浸出液作为电沉积液，通过原位电沉积法直接制备无粘结剂的铜锡合金/碳纳米管（Cu₆Sn₅/CNTs）合金薄膜电极，并探究电沉积液中碳纳米管（CNTs）浓度对合金薄膜电极的影响。结果表明，电沉积液中CNTs浓度为0.2 g/L时，易团聚Cu₆Sn₅合金纳米颗粒均匀分布在CNTs三维网状结构中。Cu₆Sn₅/CNTs-0.2合金薄膜电极组装的电池表现出优异的循环性能和倍率性能，0.1 A/g，循环50次，放电比容量为458.35 mAh g^-1，容量保持率为82.58%；0.1、0.2、0.5、1.0和2.0 A/g，放电比容量分别为518.24、445.52、418.18、345.33和278.05 mAh g^-1。该研究不仅为锂离子电池负极材料的制备提供了参考，还为资源化利用废弃印刷线路板提供了一种经济有效的策略。

该研究工作得到了国家自然科学基金、湖北省杰出青年基金、湖北省青年拔尖人才培养计划项目的支持。

图文摘要：

文章链接：https://doi.org/10.1007/s12613-022-2591-4