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分析磷酸鐵鋰電池的回收利用

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2023年12月13日  

磷酸鐵鋰離子電池回收有其自身的特點(diǎn),相比于其他的層狀結(jié)構(gòu)材料,磷酸鐵鋰材料具有更加穩(wěn)定的橄欖石結(jié)構(gòu),因此非常穩(wěn)定,充電時(shí)即便所有的Li+從磷酸鐵鋰材料內(nèi)部脫出,磷酸鐵鋰材料仍然能夠保持FePO4結(jié)構(gòu),而不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌和轉(zhuǎn)變,所以磷酸鐵鋰離子電池在循環(huán)過(guò)程中的衰降一般不是由于正負(fù)極活性物質(zhì)損失造成的,德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)的NeelimaPaul和他的團(tuán)隊(duì)使用中子衍射的方法對(duì)長(zhǎng)期循環(huán)的磷酸鐵鋰離子電池(LFP/MCMB)研究認(rèn)為,造成磷酸鐵鋰離子電池壽命衰降的重要因素是在循環(huán)的過(guò)程中由于SEI膜重構(gòu)和生長(zhǎng)造成的Li消耗[1]。


NeelimaPaul利用中子衍射的方法對(duì)循環(huán)1C循環(huán)4750次后和23℃狀態(tài)下存儲(chǔ)2年(20%SoC)的電池進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),即便是電池完全放電后(正極處于嵌鋰狀態(tài),負(fù)極處于脫鋰狀態(tài)),但是在正極的衍射峰中仍然觀察到了相當(dāng)比例的FePO4,在循環(huán)4750次的電池中LFP:FP的比例為67:33,在存儲(chǔ)2年的電池中LFP:FP比例為75:25,而負(fù)極的衍射峰中沒(méi)有觀察到LiC6的衍射峰。這一結(jié)果顯示磷酸鐵鋰離子電池在循環(huán)和存儲(chǔ)過(guò)程中有相當(dāng)比例的Li+憑空消失了,同時(shí)也表明在循環(huán)過(guò)程中正負(fù)極活性物質(zhì)都能夠參與到充放電反應(yīng)中,并沒(méi)有發(fā)生活性物質(zhì)的損失,因此造成磷酸鐵鋰離子電池衰降的重要原因就是循環(huán)過(guò)程中的Li損失。


既然LFP材料在電池循環(huán)過(guò)程中能夠保持晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不變,因此關(guān)于廢棄的LFP電池回收,我們只要補(bǔ)充適當(dāng)?shù)腖i就能夠重新獲得性能良好的LFP材料了,這可以極大的減少LFP材料的生產(chǎn)成本,減少環(huán)境污染。天津工業(yè)大學(xué)的XueleiLi等[2]設(shè)計(jì)了一種綠色環(huán)保的回收廢舊磷酸鐵鋰離子電池的工藝,具體的工藝步驟如下圖所示。該步驟最大的特點(diǎn)是針對(duì)磷酸鐵鋰材料的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了低成本、高效和環(huán)保回收。從流程圖上我們可以看到,該工藝不僅僅實(shí)現(xiàn)了正極LFP材料和負(fù)極石墨材料的回收和再生,還對(duì)電解液等難以回收的材料進(jìn)行了回收。


XueleiLi等首先降廢棄的磷酸鐵鋰離子電池進(jìn)行了放電和拆解,殘余的電解液利用低濃度的NaOH進(jìn)行了處理,根據(jù)電解液中溶劑不同的密度、溶解性和沸點(diǎn)等物理特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)DMC、DEC和EC等的分離,溶劑鹽LiPF6則會(huì)在水溶液中發(fā)生分解,如下式所示,然后可以通過(guò)過(guò)濾對(duì)其進(jìn)行回收。


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