Separation of lithium isotopes was investigated by chemical ion exchange with a hydrous manganese(IV) oxide ion exchanger using an elution chromatography. The capacity of manganese(IV) oxide ion exchanger was 0.5 meq/g. One molar CH3COO Na solution was used as an eluent. The heavier isotope of lithium was enriched in the solution phase, while the lighter isotope was enriched in the ion exchanger phase. The separation factor was calculated according to the method of Glueckauf from the elution curve and isotopic assays. The single stage separation factor of lithium isotope pair fractionation was 1.021.
A novel process to recover lithium and manganese oxides from a cathode material (LiMn2O4) of spent lithium-ion battery was attempted using thermal reaction with hydrogen gas at elevated temperatures. A hydrogen gas as a reducing agent was used with LiMn2O4 powder and it was found that separation of Li2O and MnO was taken place at 1050℃. The powder after thermal process was washed away with distilled water and only lithium was dissolved in the water and manganese oxide powder left behind. It was noted that manganese oxide powder was found to be 98.20 wt.% and the lithium content in the solution was 1,928 ppm, respectively.
Ji, Mi-Jung;Kim, Eun-Kyung;Ahn, Yong-Tae;Choi, Byung-Hyun
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.47
no.6
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pp.633-637
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2010
In this study, lithium manganese oxide spinel ($LiMn_{1.9}Fe_{0.1}Nb_{0.0005}O_4$) as a cathode material of lithium ion secondary batteries is synthesized with spray drying, and in order to increase its crystallinity and electrochemical properties, the granulated $LiMn_{1.9}Fe_{0.1}Nb_{0.0005}O_4$ particle surface is coated with lithium titanium oxide spinel ($Li_4Ti_5O_{12}$) through a sol-gel method. The granulated particles present a higher tap density and lower specific surface area. The crystallinity and discharge capacity of the $Li_4Ti_5O_{12}$ coated material is relatively higher than uncoated material. With the coating layer, the discharge capacity and cycling stability are increased and the capacity fading is suppressed successfully.
Kim, Dong-jin;Yoon, Da-ye;Kim, Woo-byoung;Lee, Jae-won
Journal of Powder Materials
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v.24
no.2
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pp.87-95
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2017
Lithium silicate, a lithium-ion conducting ceramic, is coated on a layer-structured lithium nickel manganese oxide ($LiNi_{0.7}Mn_{0.3}O_2$). Residual lithium compounds ($Li_2CO_3$ and LiOH) on the surface of the cathode material and $SiO_2$ derived from tetraethylorthosilicate are used as lithium and silicon sources, respectively. Powder X-ray diffraction and scanning electron microscopy with energy-dispersive spectroscopy analyses show that lithium silicate is coated uniformly on the cathode particles. Charge and discharge tests of the samples show that the coating can enhance the rate capability and cycle life performance. The improvements are attributed to the reduced interfacial resistance originating from suppression of solid-electrolyte interface (SEI) formation and dissolution of Ni and Mn due to the coating. An X-ray photoelectron spectroscopy study of the cycled electrodes shows that nickel oxide and manganese oxide particles are formed on the surface of the electrode and that greater decomposition of the electrolyte occurs for the bare sample, which confirms the assumption that SEI formation and Ni and Mn dissolution can be reduced using the coating process.
In this paper, the wet mixing method was introduced to prepare spinel lithium manganese oxide (LMO) with $Li_2CO_3$ and $MnCO_3$. The physical properties of the resulting lithium manganese oxide were characterized by the XRD and SEM. The adsorption properties of LMO for $Li^+$ were investigated by batch methods. The maximum adsorption capacity of lithium was calculated from Langmuir isotherm and found to be 27.25 mg/g. The LMO are found to have a remarkable lithium ion-sieve property with distribution coefficients ($K_d$) in the order of $Ca^{2+}$ < $K^+$ < $Na^+$ < $Mg^{2+}$ < $Li^+$, which is promising in the lithium extraction from seawater.
The exchange behaviors of hydrogen isotopes between protonated lithium metal compounds and deuterated water or tritiated water were investigated. The various protonated lithium metal compounds were prepared by acid treatment of lithium metal compounds with different crystal structures and metal compositions. The protonated lithium metal compounds could more effectively reduce the deuterium concentration in water compared with the corresponding pristine lithium metal compounds. The H+ in the protonated lithium metal compounds was speculated to be more readily exchangeable with hydrons in the aqueous solution compared with Li+ in the pristine lithium metal compounds, and the exchanged heavier isotopes were speculated to be more stably retained in the crystal structure compared with the light protons. When the tritiated water (157.7 kBq/kg) was reacted with the protonated lithium metal compounds, the protonated lithium manganese nickel cobalt oxide was found to adsorb and retain twice as much tritium (163.9 Bq/g) as the protonated lithium manganese oxide (69.9 Bq/g) and the protonated lithium cobalt oxide (75.1 Bq/g) in the equilibrium state.
In order to recover lithium ions from aqueous solution, a novel SAN-LMO beads were prepared by immobilizing lithium manganese oxide (LMO) with styrene acrylonitrile copolymers (SAN). The optimum condition for synthesis of SAN-LMO beads was 5 g of LMO and 3 g of SAN content. The characterization of the prepared SAN-LMO beads by SEM and XRD were confirmed that LMO was immobilized in SAN-LMO beads. The removal and the distribution coefficient of lithium ions decreased with increasing lithium ion concentration and solution pH. Even when the prepared SAN-LMO beads were reused 5 times, the leakage of LMO and the damage of SAN-LMO beads was not observed.
Lee, Dong-Hee;Ryu, Taegong;Shin, Junho;Kim, Young Ho
Carbon letters
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v.28
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pp.87-95
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2018
This study examined the influence of operating parameters on the electrosorptive recovery system of lithium ions from aqueous solutions using a spinel-type lithium manganese oxide adsorbent electrode and investigated the electrosorption kinetics and isotherms. The results revealed that the electrosorption data of lithium ions from the lithium containing aqueous solution were well-fitted to the Langmuir isotherm at electrical potentials lower than -0.4 V and to the Freundlich isotherm at electrical potentials higher than -0.4 V. This result may due to the formation of a thicker electrical double layer on the surface of the electrode at higher electrical potentials. The results showed that the electrosorption reached equilibrium within 200 min under an electrical potential of -1.0 V, and the pseudo-second-order kinetic model was correlated with the experimental data. Moreover, the adsorption of lithium ions was dependent on pH and temperature, and the results indicate that higher pH values and lower temperatures are more suitable for the electrosorptive adsorption of lithium ions from aqueous solutions. Thermodynamic results showed that the calculated activation energy of $22.61kJ\;mol^{-1}$ during the electrosorption of lithium ions onto the adsorbent electrode was primarily controlled by a physical adsorption process. The recovery of adsorbed lithium ions from the adsorbent electrode reached the desorption equilibrium within 200 min under reverse electrical potential of 3.5 V.
$Li^{+}$ extraction reactions with ion-exchange type lithium manganese oxide in an aqueous phase were examined using chemical and x-ray diffraction (XRD) analysis. In the process of extraction reaction, the lithium manganese oxide showed a topotactic extraction of $Li^{+ }$ in the aqueous phase mainly through an ion-exchange mechanism, and the $Li^{+}$ extracted samples indicated a high selectivity and a large capacity for $Li^{+}$ . The electronic structures and chemical bonding properties were also studied using a discrete variational (DV)-X$\alpha$ molecular orbital method with cluster model of (Li$Mn_{12}$$O_{40}$ )$^{27-}$ for tetrahedral sites and ($Li_{7}$ Mn $O_{38}$ )$^{3}$ for octahedral site in $Li_{1.33}$$Mn_{1.67}$ / $O_{4}$ respectively. Li in the manganese oxides is highly ionized in both sites, but the net charge of Li was greater for tetrahedral sites than octahedral. These calculations suggest that the tetrahedral sites have higher $Li^{+}$$H^{+}$ exchangeability than the octahedral sites, and are preferable for the selective adsorption for L $i^{+}$ ions.s.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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