廢舊LiFePO4正極材料的回收與再利用研究.pdf

1、LiFePO4正極材料具有能量密度高、循環(huán)性能好、無毒、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具潛力的動(dòng)力型鋰離子電池正極材料。近年來，LiFePO4電池已經(jīng)工業(yè)化并被廣泛應(yīng)用在電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車等領(lǐng)域，且市場(chǎng)前景廣闊?？紤]到LiFePO4電池在世界范圍持續(xù)增長(zhǎng)的市場(chǎng)和平均使用壽命，將來廢舊LiFePO4電池的回收處理肯定會(huì)引起人們的重視。為解決這個(gè)問題，本文對(duì)廢舊LiFePO4正極材料開展了相關(guān)的回收和再利用研究，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾方面。

2、
　　酸浸-溶劑熱法回收廢舊LiFePO4正極材料:通過放電、拆解、分離等過程將廢舊LiFePO4電池進(jìn)行分類回收，分別得到金屬外包裝材料、正負(fù)極片、隔膜等。采用H3PO4酸浸法，溶解回收的LiFePO4正極材料，過濾后得到澄清的濾液;然后通過溶劑熱方法，制備了球形多級(jí)結(jié)構(gòu)FePO4·2H2O前驅(qū)體。將FePO4·2H2O、適量Li2CO3和葡萄糖混合均勻，在N2中經(jīng)碳熱還原再合成結(jié)晶度良好，直徑為34μm的球形多級(jí)結(jié)構(gòu)LiFeP

3、O4/C正極材料。電化學(xué)測(cè)試表明，在0.1和20 C倍率下，再合成的LiFePO4/C正極材料放電比容量分別為160.5和82.1 mAh/g，在0.5 C倍率下，經(jīng)500次循環(huán)后，容量保持率為93.6％。
　　酸浸-結(jié)晶法回收廢舊LiFePO4正極材料:將回收的廢舊LiFePO4正極材料用磷酸溶解，過濾除雜后將濾液通過加熱結(jié)晶反應(yīng)獲得花型多級(jí)結(jié)構(gòu)FePO4·2H2O晶體。以獲得的FePO4·2H2O為前驅(qū)，并添加適量Li2CO3

4、和葡萄糖，在N2中經(jīng)碳熱還原再合成結(jié)晶度良好，直徑在1-2μm的花形多級(jí)結(jié)構(gòu)LiFePO4/C正極材料。電化學(xué)測(cè)試表明，再合成LiFePO4/C正極材料在0.1和20 C倍率下其放電比容量分別為159.3和86.3 mAh/g，在5C倍率下，經(jīng)500次循環(huán)后，容量保持率為95.4％。最后，將酸浸-溶劑熱法或酸浸-結(jié)晶法生成的FePO4·2H2O沉淀過濾后，收集剩余的濾液，經(jīng)過蒸發(fā)溶劑、添加乙醇等過程獲得LiH2PO4沉淀，并加以回收。<

5、br>　　固相補(bǔ)鋰修復(fù)再生廢舊LiFePO4正極材料:將廢舊LiFePO4正極片在N2中400℃保溫2h，得到回收的LiFePO4正極材料，并補(bǔ)加不同量Li2CO3和葡萄糖，在N2氣氛中經(jīng)焙燒補(bǔ)鋰修復(fù)后，制備再生的LiFePO4/C正極材料。結(jié)果表明，向廢舊正極材料中補(bǔ)加10％摩爾量的Li2CO3可以有效彌補(bǔ)可循環(huán)鋰的損失，再生后的正極材料有著優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能。在0.1和20 C倍率下其放電比容量分別為157和73 mAh/g，經(jīng)2

6、00次循環(huán)后，容量幾乎沒有衰減。
　　煅燒-還原法回收廢舊LiFePO4正極材料:以經(jīng)過除雜處理的廢舊LiFePO4正極材料為原料，在空氣中600℃下煅燒，氧化成Li3Fe2(PO4)3和Fe2O3，然后通過補(bǔ)加適量Li2CO3和葡萄糖，在N2氣氛中經(jīng)碳熱還原反應(yīng)獲得電化學(xué)性能優(yōu)異的LiFePO4/C正極材料。結(jié)果表明補(bǔ)加10％摩爾量的Li2CO3和25％ wt葡萄糖可生成結(jié)晶度良好，無雜質(zhì)的LiFePO4/C正極材料，且有效彌補(bǔ)