Kiina Powder Network News Kulutuselektroniikan ja uusien energia-ajoneuvojen ja muiden markkinoiden jatkuvan kasvun myötä litiumioniakut ovat yhä laajemmin käytössä. Markkinoiden kasvu tuottaa suuren määrän käytettyjä litiumparistoja. Käytettyjen litiumparistojen hylkääminen aiheuttaa tiettyä haittaa ekologiselle ympäristölle. Ympäristönsuojelun ja luonnonvarojen uudistamisen näkökulmasta litiumioniakkujätteiden kierrätyksellä on suuri käytännön merkitys ja taloudellinen arvo. Tällä hetkellä litiumioniakkujen katodimateriaalien kierrätyksestä on tehty monia tutkimuksia, ja paljon edistystä on tapahtunut, mutta litiumioniakkujen anodimateriaalien kierrätys on suhteellisen heikkoa. Ekologisen suojelun jatkuvan syventämisen, energiansäästön ja päästöjen vähentämisen myötä litiumioniakkujen negatiivisten elektrodimateriaalien kierrätys on myös saanut yhä enemmän huomiota. Litiumioniakkujätteiden anodimateriaalien kierrätysmenetelmien nykyisen tutkimuskehityksen mukaan toimittaja on selvittänyt useita valtavirran menetelmiä lukijoiden viitteeksi.
1. Talteenotto flotation avulla
Kellunta on fysikaalinen prosessi, joka erottaa hydrofobiset materiaalit hydrofobisista materiaaleista selektiivisesti käyttämällä itse aineen kostutuseroa tai käyttämällä keräilijöiden, vaahtoavien aineiden ja modifioijien vaikutusta. Litiumioniakku anodimateriaaligrafiitti on ei-polaarinen ja hydrofobinen materiaali, ja LiCoO2 jätteessä litiumioniakku on ioninen kristalli, jolla on vahva napaisuus ja hyvä hydrofiilisyys. Kelluntamenetelmässä käytetään näiden kahden kostutuseroa erottamiseen ja talteenottoon.
Jotkut tutkijat käyttivät Fentonin lisäaineen flotation-menetelmää muuttaakseen elektrodimateriaalia optimaalisilla parametreilla H2O2 / Fe2 + 40/280 ja neste-kiinteä suhde 25/100, ja sitten erotetaan vaahdolla, LiCoO2: n saantonopeus oli 98,99%. . Lisäksi tutkijat tutkivat hiontalankatekniikkaa. LiCoO2: n ja grafiitin kostuvuus oli erilainen jauhamalla. LiCoO2: n konsentraattilaadut olivat flotaation jälkeen 97, 13% ja grafiitin 73, 56% ja saannot olivat vastaavasti 49, 32% ja 73, 56%. Orgaaninen sideaine voidaan poistaa pyrolyysi-ultraääniavusteisella menetelmällä, joka lisää LiCoO2: n palautumisnopeutta 74,62%: sta 93, 89%: iin. Kelluntamenetelmässä toteutetaan LiCoO2-positiivisen elektrodin ja grafiitin negatiivisen elektrodimateriaalin samanaikainen talteenotto, joka yksinkertaistaa talteenottoprosessia ja on yksinkertainen, tehokas ja vähän saastumista. Tällä menetelmällä talteenotettu grafiitti sisältää kuitenkin monia epäpuhtauksia, ja erottamisella saadun grafiitin puhtautta on parannettava edelleen.
2. Lämpökäsittelyn talteenotto
Litiumioniakun negatiivisen elektrodi kuparifolion ja aktiivisen materiaalin välillä on sideaine PVDF. Lämpökäsittelymenetelmä on sijoittaa litiumioniakun negatiivinen elektrodi tietylle korkean lämpötilan alueelle sideaineen haihtumiseksi tai hajottamiseksi, jotta kuparifoliovirran keräilijä ja negatiivisen elektrodiaktiivisen materiaalin grafiittijauhe voidaan erottaa toisistaan.
Lämpökäsittelymenetelmä voi tehokkaasti poistaa sideaineen ja erottaa kuparifoliovirran keräimen ja aktiivisen materiaalin. Tällä menetelmällä on kuitenkin myös puutteita. Orgaaninen sideaine hajoaa helposti haitallisten kaasujen tuottamiseksi korkeissa lämpötiloissa. Jos järkevää käsittelyä ei suoriteta, tapahtuu sekundaarista pilaantumista.
3. Hydrometallurginen kierrätys
Jäteanodi sisältää litiumia (30,07 mg·g-1), joka on paljon suurempi kuin ympäristön runsaus, ja suurin osa niistä on SEI-kalvossa epäorgaanisten aineiden Li2O, LiF, Li2CO3 ja orgaanisten aineiden ROCO2Li, CH3OLi, (ROCO2Li)2 muodossa; Pieni osa on grafiittityhjiöissä Li-alkuaineen muodossa. Niistä Li2O, ROCO2Li ja CH3OLi ovat vesiliukoisia, kun taas muut aineet ovat lähes liukenemattomia veteen.
Hydrometallurgian periaate perustuu siihen, että litiumioniakkujen jätteiden metallit voidaan liuottaa happamiin, emäksisiin liuoksiin tai muihin liuottimiin, metallit siirretään liuokseen ja grafiitti ja muut metalliaineet erotetaan suodattamalla tai keskipakoerottelulla. Hydrometallurgia voi palauttaa korkealaatuista grafiittia ja arvokkaiden metallien korkean saannon talteenottoa. Hydrometallurgisella prosessilla on alhainen käyttölämpötila ja se voi tehokkaasti palauttaa litiumsuoloja negatiivisessa elektrodissa. Liukenemattomien litiumsuolojen, kuten LiF: n, läsnäolon vuoksi prosessi kuluttaa kuitenkin suuren määrän vahvaa happoa (rikkihappoa, suolahappoa) ja tuottaa myrkyllisempää fluorivetyhappoa. . Siksi tehokas ratkaisu hydrometallurgiseen kierrätykseen on yhdistää positiivisten ja negatiivisten elektrodien kierrätys, mikä voi yksinkertaistaa huomattavasti kierrätysprosessia ja vähentää jätehapon aiheuttamaa sekundaarista pilaantumista. Hydrometallurgialla on alhaisen energiankulutuksen, helppokäyttöisyyden, korkean palautumisasteen ja alhaisen ympäristöriskin edut, mutta sillä on myös ongelmia, kuten elektrolyytti- ja sideainejäämät.
4. Hydrometallurgian ja pyrometallurgian yhdistetty talteenotto
Puhtaassa hydrometallurgiassa on tiettyjä ongelmia, ja jotkut tutkijat ehdottavat hydrometallurgian ja pyrometallurgian yhdistämistä.
Pyrometallurgia on käsitellä esikäsiteltyä elektrodijauhetta korkeassa lämpötilassa orgaanisen aineen poistamiseksi ja samalla saada jauheen metalli ja sen oksidit redox-reaktioon seoksen ja kuonan saamiseksi. Se on yksi yleisimmistä menetelmistä akun tuhlaukseen.
Litiumioniakun grafiittinegatiivinen elektrodi otettiin talteen märkämenetelmän ja palomenetelmän yhdistelmällä. Positiivisten ja negatiivisten elektrodien sekoitettu jauhe huuhtoutui kahdesti 5mol· L-1H2SO4 ja 35% (w/w) H2O2 ja suodatetaan sitten grafiittisuodatinkakun saamiseksi. Sintrattu NaOH-jauheella 500 °C:ssa useimpien epäpuhtauksien poistamiseksi, pesty deionisoidulla vedellä ja kuivattu regeneroidun grafiitin saamiseksi. Jätegrafiitin, sekundaarisen huuhtoutuneen grafiitin ja regeneroidun grafiitin sähkökemialliset suorituskykytestit osoittavat, että toissijaisessa huuhtoutuneessa grafiikassa on monia epäpuhtauksia, mutta alkukapasiteetti on suurempi kuin regeneroidun grafiitin. Voi olla, että välikerroksen väliväliä laajennetaan epäpuhtauksilla, mikä johtaa litiumin interkalointitilan lisääntymiseen. Kierrätetyn grafiitin rakennetta ei tuhottu kierrätysprosessin aikana ja se säilytti ihanteellisen ristikon. Epäpuhtauspitoisuus pieneni merkittävästi tuhkatestin jälkeen, ja sen kapasiteetti (377,3 mAh·g-1 0,1 °C:ssa) täytti uudelleenkäytön vaatimukset. Syklin suorituskykyä (kapasiteetin retentioaste 100 syklin jälkeen on 84,63%) on kuitenkin vielä parannettava kaupalliseen grafiittiin verrattuna, mutta kapasiteetin retentionopeus paranee verrattuna puhtaaseen hydrometallurgiaan samalla määrällä syklejä. Tällä menetelmällä on kuitenkin alhaisen palautumisasteen ongelma (palautumisaste on noin 60%). Kun sintrauslämpötila on alhaisempi kuin grafiitin hajoamislämpötila, 33% grafitista häviää edelleen fuusioprosessin aikana. Tämä menetelmä palauttaa prosessin suurimman grafiitin. Tappiot tapahtuvat tässä vaiheessa.
5. Sähkökemiallinen talteenotto
Jotkut tutkijat ehdottivat grafiitin ja kuparikalvojen sähkökemiallista talteenottoa litiumioniakuista ja tutkivat eri parametrien (jännite, elektrodien välinen etäisyys ja elektrolyyttipitoisuus) vaikutuksia elektrolyysiprosessiin. Tulokset osoittavat, että optimaalisissa olosuhteissa 10 cm: n napaetäisyydellä Na2SO4-elektrolyyttipitoisuus on 1,5 g· L-1 ja jännite 30 V, kuparifolion ja grafiitin täydellinen erottaminen voidaan saavuttaa 25 minuutissa elektrolyysiä. Elektrolyytissä oleva Li+ voidaan edelleen ottaa talteen saostusmenetelmällä. Tämän menetelmän grafiitti sisältää kuitenkin pienen määrän sideainejäämiä, mikä vaikuttaa sen myöhempään uudelleenkäyttöarvoon.
yhteenveto
Tällä hetkellä litiumioniakkujen negatiivisten elektrodimateriaalien kierrätys on vielä kokeellisessa tutkimusvaiheessa, ja kierrätystekniikkaa on edelleen optimoitava ja parannettava. Vaikka litiumioniakkujen negatiivisten elektrodimateriaalien kierrätykseen on alustava järjestelmä, varsinaiseen kaupalliseen kierrätykseen on vielä pitkä matka. Uusien energiamarkkinoiden jatkuvan laajentumisen myötä litiumioniakkujen negatiivisten elektrodimateriaalien kierrätys on yleinen suuntaus. .
Viitelähde:
[1] Liu Dongxu et al. Edistyminen anodimateriaalien regeneroinnissa ja hyödyntämisessä jäte-li-ion-akkuja varten. Kemianteollisuus ja -tekniikka
[2] Long Fei et al. Tutkimus edistyy litiumioniakkujätteiden anodimateriaalien kierrätyksessä. Shanghain toisen teknillisen yliopiston lehti
[3] Long Lifen et al. Tutkimuskehitys grafiittianodimateriaalien hyödyntämisessä ja käsittelytekniikassa litiumioniakkujätteisiin. Energian varastointitiede ja -teknologia
(Toimittanut China Powder Network / Wen Zheng)
Huomautus: Kuva ei ole kaupalliseen käyttöön, ja sen poistamiseksi on rikkomusilmoitus!