随着消费电子、新能源汽车等市场的不断增长,锂离子电池的应用越来越广泛。 市场的增长将形成大量的废旧锂电池。 废弃废旧锂电池会对生态环境造成一定的危害。 从环境保护和资源再生的角度,回收废旧锂离子电池具有重大的现实意义和经济价值。 目前,关于锂离子电池负极材料回收利用的研究较多,取得了很多进展废旧电池回收利用实验废旧电池回收利用实验,但锂离子电池正极材料回收利用相对薄弱。 随着生态保护、节能降耗的深入,锂离子电池正极材料的回收利用也越来越受到重视。 根据目前废锂离子电池正极材料回收方法的研究进展,小编整理了几种主流方法,供读者参考。
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选矿回收
选矿法是利用物质本身润湿性的差异,或通过捕收剂、发泡剂和调节剂的作用,将疏水性物质与亲水性物质选择性分离的化学过程。 锂离子电池的正极材料石墨是一种非极性疏水材料,而废旧锂离子电池中含有离子晶体,极性强,亲水性好。 选矿法利用两者的润湿性差异进行分离回收。
有研究者采用涂料选矿法,在H2O2/Fe2+为40/280、液固比为25/100的最适宜参数下对电极材料进行改性,然后进行选矿分离,回收率达到98.99%。 据悉,研究人员还对磨粉选矿技术进行了研究。 通过研磨,石墨和石墨的润湿性是不同的。 选矿后石墨和石墨精矿品位分别为97.13%和73.56%,回收率分别为49.32%和73.56%。 采用热解-超声辅助法去除有机粘结剂,回收率由74.62%提高到93.89%。 该选矿方法实现了负极材料和石墨正极材料的同时回收,简化了回收过程,操作简单,效率高,污染小。 而且该方法回收的石墨杂质较多,分选得到的石墨含量有待进一步提高。
02
热处理回收
锂离子电池正极铜带与活性物质之间有粘结剂PVDF。 热处理法是将废旧锂离子电池的正极置于一定的低温范围内,使粘合剂挥发或分解,使铜带集电体与正极活性物质石墨粉分离。 分离。
该热处理方法可以有效去除粘结剂,分离铜带集流体和活性物质。 然而,这些技术也有缺点。 在低温条件下,有机结合剂容易分解,产生有害的二氧化碳。 如不采取合理处理,会产生二次污染。
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干法冶金回收
锂(30.07mg·g-1)在废阴极中含量丰富,远低于环境产量,大部分以无机Li2O、LiF和有机物的形式存在于SEI膜中,,()2 ; 少部分以锂单质形式存在于石墨的空隙中。 其中,Li2O、LiO是水溶性的,其他的几乎不溶于水。
干法冶金的原理是利用废旧锂离子电池中的金属能溶解在碱性、碱性氨水或其他溶剂中,使金属转变成氨水。 因此,石墨是通过过滤或离心分离从其他金属物质中分离出来的。 . 干法冶金回收优质石墨,同时回收有价金属,产值高。 干法冶金工艺操作温度低,可有效回收正极中的锂盐,且由于LiF等不溶性己内酰胺的存在,该过程会消耗大量强碱(盐酸、硫酸酸)形成毒性更大的苯酚。 因此,干法冶金回收的有效解决方案是将负极和正极的回收结合起来,可以大大简化回收过程,减少废酸带来的二次污染。 干法冶金具有煤耗低、操作简便、回收率高、环境风险小等优点,但也存在电解液、粘结剂残留等问题。
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干法冶金联合回收
单纯的干法冶金存在一定的问题,有研究者提出将干法冶金与奥氏冶金相结合。
奥地利冶金法是将经过预处理的废电极粉末进行低温处理,去除有机物,同时使粉末中的金属及其氧化物发生氧化还原反应,得到合金和粉煤灰,是常用的工艺之一用于处理废电池。
采用干法与奥法相结合的方法回收废旧锂离子电池石墨正极。 正、正极混合粉在5mol·L-和35%(w/w)H2O2条件下浸出两次,然后过滤。 将得到的石墨碱液和NaOH粉末在500℃下煅烧除去大部分杂质,用去离子水漂洗并干燥得到再生石墨。 废石墨、二次浸出石墨和再生石墨的电物理性能测试表明,二次浸出石墨中杂质较多,初始容量比再生石墨小,这可能是由于层宽扩大所致杂质和锂嵌入空间的减少。 但再生石墨的结构在回收过程中并没有被破坏,并保持了理想的晶格。 酸值测试后,杂质浓度明显降低,其容量(377.3mAh·g-1 at 0.1C)满足再利用要求。 但循环性能(100次循环后容量保持率为84.63%)与商品化石墨相比仍有待提高,但与纯干法冶金相比,相同循环次数下容量保持率有所提高。 这种方法存在回收率低的问题(回收率在60%左右)。 当焙烧温度高于石墨的分解温度时,仍有33%的石墨在熔融过程中损失。 这种方法的恢复过程最大。 石墨损失发生在这个阶段。
05
电物理法回收
一些研究人员提出了电物理方法从锂离子电池中回收石墨和铜条,并研究了各种参数(电流、电极宽度和电解液含量)对电解过程的影响。 结果表明,在极距10cm、电解液含量1.5g·L-1、30V电流的最适宜条件下,电解25min后铜带与石墨完全分离。 电解液中的 Li+ 可以通过沉淀进一步回收。 而且该方法的石墨中富含少量的粘结剂残留物,影响其后续的再利用价值。
概括
目前,锂离子电池正极材料的回收利用一直处于试验研究阶段,回收利用技术有待进一步优化和完善。 事实上,锂离子电池正极材料的回收已经有了初步的体系,距离真正的商业化回收还有很长的路要走。 随着新能源市场的不断扩大,锂离子电池正极材料的回收利用是大势所趋。 .