Effective Recycling of Low Quality or Spent Lithium-Ion Battery.pdf

1、鋰離子電池(LiB)技術(shù)，雖然仍存在一些安全性的挑戰(zhàn)，，但由于其與鎳鎘(NiCd)或鎳氫(NiMH)電池相比具有更高單位體積和單位質(zhì)量的能量密度而受到研究者廣泛的關(guān)注，它具有全球可接受性。因此，使用量已迅速增加，取代其他電池主要應(yīng)用在電化學(xué)電源，如手機(jī)、筆記本電腦、攝像機(jī)和其他電子設(shè)備，更重要的是在電動(dòng)汽車(chē)(EVs)。鋰離子電池應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)中，可以減輕CO2排放，這是一個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)2025環(huán)境觀(guān)念的有效途徑。
　　上述的鋰電池的屬性

2、和應(yīng)用的緊迫性，需要提升鋰電回收技術(shù)。這將減少?gòu)U舊電池存放對(duì)造成的環(huán)境污染;回收有價(jià)值的成分作為二次金屬源或化合物用于電池生產(chǎn)行業(yè);節(jié)約自然資源和國(guó)家經(jīng)濟(jì)。
　　所以，本研究通過(guò)使用一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的裝置，成功有效地得到了LiMn1/3Ni/3Co1/3O2鋰離子電池正極，該裝置包括兩個(gè)孔隙分離裝置(0.2 mm)。上層配備了一個(gè)包含電極片的機(jī)械攪拌器，下層包含粉末從電極片上的分離過(guò)程;兩層均充滿(mǎn)了一種溶劑如DMF、DMAC或DMSO

3、用來(lái)提取在電極材料中的粘合劑(PVdF)。整個(gè)設(shè)備都裝在一個(gè)熱水浴中以維持在一個(gè)恒定的溫度。在分離、粘結(jié)劑溶解在溶劑中，使固體粉末從鋁箔中掉下，然后通過(guò)直接篩孔進(jìn)入低層。這個(gè)簡(jiǎn)單的通過(guò)粒子篩孔設(shè)備使被吸附到箔集流體上的物質(zhì)可以更有效地分離。
　　本研究也證明并首次提出了有效的管理方法，以應(yīng)用在回收LiPF6潛在的替代路線(xiàn)中。得到的化合物反應(yīng)后從從鋰離子電池的電解液和乙醇清洗混合物中蒸餾出。調(diào)查表明，玻璃器皿產(chǎn)生的硅和LiPF6中產(chǎn)

4、生的磷在乙醇作為提取劑時(shí)有一個(gè)交換反應(yīng)。乙醇被證明適用于合成Li2SiF6，以在玻璃器皿中作為反應(yīng)條件來(lái)提高水的要求。X射線(xiàn)衍射圖確認(rèn)Li2SiF6和LiF分別來(lái)源于玻璃制品和塑料。晶格參數(shù)分析，Li2SiF6具有六方結(jié)構(gòu)，空間群為P-3m1。它已經(jīng)成功地證明了可以作為經(jīng)濟(jì)、有效地從鋰離子電池電解液的混合材料中制備Li2SiF6的解決方案。
　　首次報(bào)道了用二甲亞砜(DMSO)來(lái)取代NMP可以提高回收的效果和鋰離子電池LiMn1/

5、3Ni1/3Co/3O2電極的制備，同時(shí)報(bào)道了電池的電化學(xué)性能。觀(guān)測(cè)表明，應(yīng)用DMSO來(lái)制備正極活性材料可以增加電池的電化學(xué)性能。X射線(xiàn)衍射分析了粉末的性能。結(jié)果表明，作為回收的LiMn/3Ni1/3Co1/3O2調(diào)整與LiOH·H2O在450℃煅燒，以DMSO為溶劑制備的LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2電極，0.2C倍率下，首次放電比容量大約為247 mAhg-1，放電效率為83.1％，而以NMP為溶劑時(shí)，相同倍率下首次放電比容

6、量?jī)H為:189 mAhg1，放電效率為82.7％。作為回收的樣品在800和850℃焙燒，以DMSO為溶劑，第4次放電比容量分別為149和217mAhg1。一般觀(guān)察到的在溶劑中的容量損失都可以歸因子副反應(yīng)導(dǎo)致失去活性物質(zhì)，特別是在活性材料表面形成LiF絕緣膜上。這可以通過(guò)在電化學(xué)測(cè)試后的XRD測(cè)試結(jié)果中明顯觀(guān)察到。相比，低溫煅燒比高溫煅燒具有更好的放電容量，與粒子大小的SEM圖結(jié)果一致。考慮到鋰金屬陰極的循環(huán)性能和環(huán)境安全，相對(duì)便宜的DM

7、SO可以取代NMP。
　　同時(shí)，本研究成功地研究了與Na2MoO4·2H2O或(NH4)6Mo7O24·4H2O反應(yīng)得到的LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2的電化學(xué)性能。前一個(gè)材料命名為L(zhǎng)1，0.1C(27.5 mAg1)倍率下，第2圈的放電電容量為179mAh g1，放電效率約為84.3％。觀(guān)察到兩個(gè)樣品數(shù)值的差異可以歸因于通過(guò)SEM顯示的樣品L1的顆粒比樣品L2的小。電化學(xué)阻抗分析表明，盡管L1只在約3.53 V進(jìn)行循環(huán)測(cè)

8、試，但其比L2具有更好的鋰離子在電解液中的遷移。兩個(gè)樣品通常表現(xiàn)出較差的循環(huán)性能。然而，以Na2MoO4·H2O為原料合成的新化合物L(fēng)iMn1/3Ni1/3Co1/3O2在鋰離子的脫出嵌入過(guò)程中表現(xiàn)出更好的循環(huán)性能。
　　反應(yīng)后加入不同比例MoS2，在650℃煅燒10h獲得的LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2粉末的電化學(xué)性能也被研究。結(jié)果表明，加入0.4 wt.％MoS2的粉末具有最高的電化學(xué)性能。對(duì)樣品按制造之前，在0.1

9、C(27.5 mA g-1)倍率下，首次放電容最為201mAhg1，第2次循環(huán)突然下降到172mAh g1。20次循環(huán)后后，放電比容量為146 mAhg1，放電效率約為97％。將樣品在100℃干燥24 h后，不壓所得樣品的放電比容量與目前樣品的相當(dāng)。在第1～5次循環(huán)，在0.1C倍率下，樣品0.4 wt％MoS2具有最高的首次放電比容量約為127 mAhg1，而樣品0.8 wt％MoS2具有最小放電比容量。觀(guān)察到的突然下降的比容量可以歸因