废旧磷酸铁锂电池正极材料的回收研究现状

锂离子电池(LIBs)具有放电电压高、循环寿命长和无记忆效应等优点,广泛地应用于便携式电子设备、电动汽车、电化学储能等方面。电动汽车的快速发展带动了动力电池的爆发式增长,而磷酸铁锂电池(LFPBs)以其良好的安全性、成本低、无毒等优点,占据大量的市场份额。随之,废旧磷酸铁锂电池报废量也逐年增加,若不及时进行处理则会污染环境,浪费大量的金属资源。本文概述了废旧磷酸铁锂电池正极材料的回收方法,主要包括固相法、酸浸-沉淀法等,对比了诸方法的优缺点;并汇总了预处理、酸浸过程、再生磷酸铁锂(LFP)过程的条件及再生磷酸铁锂电化学性能;提出了废旧磷酸铁锂电池回收中存在的问题,且展望了废旧磷酸铁锂电池回收朝着自动化、绿色环保、低成本的方向发展。

退役钴酸锂电池材料回收利用研究趋势

随着智能电子终端普及与"5G时代"来临,废旧钴酸锂锂离子电池产量已逐年增加。废旧钴酸锂电池中蕴含丰富钴资源,是缓解我国钴供需紧张的重要源头,废旧LiCoO_(2)电池资源化利用具有重大的现实意义。为此,本文介绍近年来废旧钴酸锂电池材料回收利用研究现状,分析废旧钴酸锂电池常用回收利用方法优缺点,主要包括火法回收、湿法回收和材料再生等方案,并评述废旧钴酸锂电池材料回收利用研究发展趋势。

高性能钠离子电池黏合剂的研究进展

为了实现钠离子电池优异的电化学性能,除了从电极材料的搭配方面入手,作为维持电极结构稳定性的关键材料,黏合剂的选择也至关重要。本文对黏合剂的主要作用与性能要求进行了讨论,系统综述了近年来高性能钠离子电池黏合剂的研究进展,分别阐述了聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、海藻酸钠、聚丙烯酸以及交联聚合物等5类黏合剂的特性:聚偏氟乙烯的化学稳定性良好,黏合效果较好,但存在溶胀率较大的问题;羧甲基纤维素具有良好的分散性,机械强度较大,由于脆性较大而需与丁苯橡胶搭配使用;海藻酸钠环保且廉价,保形性好,但稳定性较差;聚丙烯酸拥有较高的弹性模量和抗拉强度,但是力学性能较差;交联聚合物的机械强度大,弹性较好,可能存在网络缺陷。结合已有的研究报道,探讨了这些黏合剂在钠离子电池系统中的应用,展望了今后黏合剂在拓宽来源领域、匹配适合的电极材料以及消除水性黏合剂对电池性能的负面影响等方面的发展方向。

退役磷酸铁锂材料资源化循环利用研究进展

随着新能源车和储能产业的不断深入发展,退役锂离子电池产生也逐年增加。退役磷酸铁锂电池回收利用具有多重效益,也成为研究热点。为此,本文介绍近几年来退役磷酸铁锂电池资源化循环利用研究进展,重点分析材料再生利用环节,主要包括直接再生、锂元素湿法回收、其他方法,分析各技术方案优缺点,并展望退役磷酸铁锂材料资源化循环利用发展的重点方向。

废旧磷酸铁锂正极材料异晶型硫酸盐机械化学活化水浸提锂研究

采用机械化学活化水浸工艺对废旧磷酸铁锂正极材料中的金属锂进行回收,研究了共研磨试剂与废旧磷酸铁锂正极材料物质的量之比、球磨转速、球磨时间对金属锂浸出率的影响。在四种异晶型硫酸盐共研磨试剂与废旧磷酸铁锂正极材料物质的量之比为3∶1,球磨转速为400 r/min,球磨时间为4 h的条件下,共研磨试剂Na_(2)S_(2)O_(3)、Na_(2)SO_(3)、Na_(2)SO_(4)和Na_(2)S_(2)O_(8)的锂浸出率分别为42.7%、30.8%、58.3%和99.3%。以Na_(2)S_(2)O_(8)作为共研磨试剂进行机械化学活化水浸回收锂时,具有较高的锂浸出率。滤液中的锂通过饱和碳酸钠溶液进行沉淀分离与提纯,得到的回收产物为Li2CO3,纯度可达98.5%。该方法实现了废旧磷酸铁锂正极材料中有价金属锂的高效回收。

废旧LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)材料球磨-喷雾法再生研究

为了改善再生锂离子电池材料的电化学性能,提出了一种球磨-喷雾法对废旧LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)(NCM523)进行回收再生。该方法是通过对预处理后的废旧正极材料进行球磨细化,经过喷雾干燥迅速制备再生材料的前驱体,并结合高温煅烧制备再生NCM523材料。采用SEM、EDS、XRD、HRTEM、FT-IR、XPS、TG-DSC等对再生过程中材料的形貌、成分、物相及化学变化等进行了分析,且对再生NCM523组装的电池进行了电化学性能分析。结果表明,再生材料具有多孔结构,锂镍混排程度降低,电化学性能得到改善。在实验条件下得到的再生NCM523材料在0.11 C下的首圈放电比容量为159.053 mA·h/g,循环100圈后放电比容量为145.615 mA·h/g,容量保持率为91.55%,具有良好的容量保持率;电流密度为5 C的首圈放电比容量为126.974 mA·h/g。相较于传统的直接再生方法,球磨-喷雾再生法制备的NCM523的电化学性能得到明显改善。

废旧混合正极材料还原浸出与沉淀再生研究

复杂废旧混合正极材料存在浸出率较低、成本较高、酸浸液金属分离流程较长等问题。采用硫酸为酸浸剂、H_(2)O_(2)为还原剂对废旧混合正极材料进行浸出,采用碳酸盐共沉淀法合成三元NCM622,对其进行结构和形貌分析,以及电化学性能的测试。结果表明,浸出最优条件为:硫酸浓度2.5mol/L、H_(2)O_(2)添加量0.6mol/L、搅拌速率400r/min、时间30min、温度80℃,此条件下,Li、Ni、Co、Mn的浸出率分别为98.79%、97.05%、96.45%和96.31%。XRD测试表明,再生NCM622无杂峰,且呈典型的α-NaFeO_(2)层状结构,SEM显示NMC622颗粒大小均匀、少团聚现象。电化学测试表明,1C倍率下首圈放电比容量为152.87mAh/g,循环100圈后,容量保持率为91.35%。

废旧三元正极材料酒石酸与葡萄糖耦合浸出再生研究

废旧锂离子电池回收及资源化利用具有资源和环境双重效益。采用酒石酸和葡萄糖浸出与碳酸钠沉淀再生耦合体系,实现废旧LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)三元正极材料回收与再生利用。基于单因素实验设计,考察了葡萄糖浓度、酒石酸浓度、搅拌速率、浸出时间和浸出温度对各金属元素浸出率的影响。结果表明,在葡萄糖浓度1.25 mol/L,酒石酸浓度2 mol/L,搅拌速率400 r/min,浸出时间60 min,浸出温度80℃的较优浸出条件下,Li、Ni、Co、Mn的浸出率分别达到98.88%、98.24%、97.11%、96.85%。通过碳酸钠沉淀与高温烧结制备的再生正极材料电化学性能较优。

退役三元材料资源化利用研究新进展

新能源车的发展是“双碳”达成的重要举措,三元锂离子电池作为新能源车重要动力源,其产销量逐年增加。随之退役三元锂离子电池产也会爆发式产生,退役三元锂离子电池回收利用具有资源、环境、经济等多重效益。为此,本文介绍近几年来退役三元锂离子电池资源化利用的研究进展,包括退役三元电池预处理和退役三元材料回收利用技术,其中,退役三元材料资源化利用包括火法冶金、湿法冶金、直接再生等方面,分析了各工艺优势与不足,并展望了退役三元材料资源化利用未来发展方向。

废旧LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)正极材料还原酸浸与沉淀再生研究

提出了苹果酸与亚硫酸氢钠还原浸出-碳酸盐沉淀再生废旧锂离子电池正极材料的新方案,考察了搅拌速度、有机酸浓度、亚硫酸氢钠添加量、浸出温度、浸出时间对Li、Co、Ni、Mn元素浸出率的影响。结果表明,最佳浸出条件为搅拌速度400 r/min,苹果酸浓度2.5 mol/L,亚硫酸氢钠添加量1.25 mol/L,浸出温度90℃,浸出时间120 min;此条件下,Li、Co、Ni、Mn的浸出率分别达到99.91%、98.14%、99.27%、98.43%。借助XRD、SEM、电化学测试手段分析了再生正极材料的性能。结果表明,再生LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2)正极材料首圈放电比容量为175.5 mA·h/g, 200圈循环容量保持率高达71.96%,再生正极材料性能较优。

废旧LiCoO2材料再生利用工艺研究进展

综述了国内外废旧LiCoO2材料再生利用研究的进展。基于再生工艺的差异,将废旧钴酸锂材料再生工艺分为直接再生法和间接再生法,对比了各方法的优缺点,并且指出废旧LiCoO2材料再生法的未来发展趋势在于研发绿色、高效、低成本的回收处理新工艺。

“双碳”形势下三元材料失稳机制研究趋势

新能源产业发展壮大是实现"双碳"达成的重要手段,先进储能技术是新能源产业发展的核心,三元材料已经成为主流应用储能材料。三元材料失稳机制研究可为废旧正极材料再生利用提供指导。因此,本文主要介绍三元材料失稳机制原因,包括阳离子混排、热失稳、表面失稳、微裂纹等方面,其中,微裂纹是三元材料失稳的关键源头。并展望今后废旧正极材料再生利用可行策略途径。

Li-CO_(2)电池金属基催化剂的研究进展

对Li-CO_(2)电池金属基催化剂进行文献综述,阐明目前贵金属基催化剂具有催化活性最高,但价格昂贵、储量较少等特点;过渡金属基催化剂具有价格相对便宜,但催化活性较低等特点。总结了不同金属基催化剂在Li-CO_(2)电池中的作用及其对电池性能的贡献,提出目前可通过结构设计和多元催化剂协同等手段提高催化剂的催化活性。