如何回收废旧磷酸铁锂电池?

2018-05-23      4657 次浏览

  天津工业大学的XueleiLi等设计了一种绿色环保的回收废旧磷酸铁锂电池的工艺,具体的工艺步骤如下图所示。该步骤最大的特点是针对磷酸铁锂材料的特点实现了低成本、高效和环保回收。从流程图上我们可以看到,该工艺不仅仅实现了正极LFP材料和负极石墨材料的回收和再生,还对电解液等难以回收的材料进行了回收。

  XueleiLi等首先降废弃的磷酸铁锂电池进行了放电和拆解,残余的电解液利用低浓度的NaOH进行了处理,根据电解液中溶剂不同的密度、溶解性和沸点等物理特征实现了对DMC、DEC和EC等的分离,溶剂盐LiPF6则会在水溶液中发生分解,如下式所示,然后可以通过过滤对其进行回收。


  在此过程中分离的正极LFP材料混合一定的Li2CO3后,在Ar/H2气氛下,在不同的温度进行热处理就可以获得再生的LFP材料。为了确保回收和再生LFP材料能够拥有良好的性能,XueleiLi分别在600,650,700,750和800摄氏度下进行了LFP再生实验,并利用扣式半电池进行了性能测试,结果如下表所示。


  从该表中我们可以看到,没有经过再生处理的LFP材料的容量约为143mAh/g左右,经过650摄氏度处理后的LFP材料的容量有所提升达到147mAh/g,但是其他温度处理后,LFP材料的容量反而出现了不同程度的下降。


  同时我们也注意到,再生后的材料首次效率要明显低于没有再生的LFP材料,这主要是因为再生的LFP中存在杂相造成的,XueleiLi的研究显示可以通过适当的延长热处理时间,以提高LFP材料的首次效率。


  在对再生LFP的电化学性能的研究显示,热处理可以显著的提高LFP材料的循环性能(如下图a所示),同时热处理还显著的改善了LFP材料的倍率性能(如下图b所示)。


  XueleiLi提出的磷酸铁锂电池循环再生方法,结合了磷酸铁锂材料结构稳定的特点,没有采用酸处理、回收其中的有价元素等传统方式,而是对其直接进行了再生处理,利用较低的成本获得了高性能的再生LFP材料,同时该工艺还实现了对电解液等材料的回收,极大的减少了磷酸铁锂电池回收过程中对环境产生的污染。


  随着大量的磷酸铁锂动力电池报废,进入到回收阶段,电池的回收市场降呈现出爆发式的增长,为了避免回收过程中对环境产生二次污染,我们需要采用更加绿色环保的回收方法,XueleiLi的研究为我们提供了有益借鉴。


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