リチウム鉄リン酸カソード材料のリサイクル方法

新しいエネルギー自動車産業の急成長により,電池市場では,高安全性により,リチウム鉄リン酸電池 (LiFePO4) が主流の選択肢となっています.長いサイクルの寿命しかし,資源のリサイクルと環境保護の両方において,大規模な退役電池のリサイクルがますます重要になっています.

リチウム,鉄,リンなどの貴重な資源を無駄にするだけでなくしかし,電解液の漏れや重金属の溶解により環境汚染を引き起こすこともあります.そのため,効率的で経済的で環境に優しいリサイクル技術の開発が緊急に必要である.

現在,リチウム鉄リン酸塩カソード材料の廃棄物のリサイクル技術は主に3つのカテゴリーに分かれています.鉱石と水金属の方法.

I.直接再生

直接再生技術は,主に高温固体状態方法と水熱方法を含む構造的欠陥を修復することによって,材料の電気化学性能を回復します.

高温固体状態方法
高温固体方法では,リチウム源を追加し,高温で結晶構造を再構築します.例えば,バナジウムでドーピングした後,再生された材料は154の放出特異容量を達成できるしかし,この方法はエネルギーが多く消費され,原材料の厳格な純度が必要です.

水熱法
水熱法では,リチウムを含む溶液で Na2SO3 を減量剤として使用して修復する.再生されたカソード材料は,可逆特異容量 135 を達成する.1°Cで9mAh/g100回連続で最大99%の容量保持率を持つ.しかし,高電圧環境による安全リスクは,その大規模な適用を制限する.

II. ピロメタルルギー

ピロメタールルギー技術では,電池材料を高温で火焼し分解することによって金属部品を分離する.例えば,ソニーは有機物質を分解するために1000°Cで火焼を使用する.金属の回収のために湿ったプロセスと組み合わせたエネルギー消費を削減するために,研究者は溶けた塩を助成した方法を開発しました.例えば,反応温度を400~900°Cまで低下させるために,活性化剤としてNaOHまたはNaHSO4を使用します.99%以上のリチウム溶解率を達成するしかし,ピロメタールurgiのプロセスは依然として高エネルギー消費,HFなどの有害ガス生成,塩剤のリサイクルに困難がある.広範囲での適用を制限する.

III 水金属工学

水金属工学は,現在最も一般的なリサイクル技術である.そのプロセスには,4つの段階が含まれます:事前処理,溶解,不浄化除去,製品再生.

前処理段階では,放出,分解,分離 (熱処理や有機溶剤溶解など) を通してカソード粉末を取得する必要があります.機械的な粉砕と分類方法が一般的に使用されていますアルミ,フッ素,チタンなどの不純物を導入し,その後処理の難易さを増加させる.

溶解過程は,フルエレメント溶解と選択的リチウム抽出に分けられる.フルエレメント溶解では,無機または有機酸 (H3PO4オキシル酸システムなど) を使用する.リチウムと鉄の溶解率が97%を超える選択的リチウム抽出は,H2O2やNaClOなどの酸化物質を使用して,リチウムを優先的に溶解 (溶解率>95%),鉄とリンゴはFePO4としてスラッグに残ります

アルミ,フッ素,チタンの深層除去は重要な課題です. フッ素調整により同時に99.4%のアルミと96.4%のフッ素を除去できます.しかしアルミニウムとフッ素の比率を正確に制御する必要があります熱処理によって 90%以上のフッ素が除去されても,高毒ガスが放出されます.誘発結晶化では,シード結晶がチタン不純物を吸収します.鉄の損失が0未満で,除去率が80%を超える0.8%

製品の再生段階では,全元素溶液をFePO4とLi2CO3を合成するために使用することができるが,不純物は製品の純度に影響を与える.リチウム抽出スラッグは,酸性溶解-不浄化除去-降水が必要で,電池級FePO4に変換される.複雑で費用のかかるプロセスです

さらに,機械的活性化や電気化学方法などの新興技術も可能性を示しています.選択的なリチウム溶解 (溶解率99%) を達成することができる.電気化学法では電解によってリチウムイオンを移動し,強い酸を必要とせずに90%を超える回収率を達成する.しかしエネルギー消費は問題であり続けています.

リサイクル技術の多様性にも関わらず,主要な課題は依然として残っています.

まず選択的なリチウム採取プロセスでは,鉄とリン元素は無視されます.カソード質量の70%以上を占めるリチウム採掘スラッグと資源廃棄物の蓄積につながる.

2つ目はアルミニウムとチタンイオンはFePO4格子に簡単に浸透し,リサイクル材料の電気化学性能に影響を与えます.

第3に経済効率と環境に優しい状態の間の大きな矛盾がある.湿ったプロセスでは大量の反応剤が消費され,火金鉱工学プロセスではエネルギーが多く消費される.直接再生には 厳格な原材料の純度が必要です.

将来の研究は,フッ化調整方法の産業的応用を促進するなど,低コストの低プロセス不純分別技術の開発に焦点を当てなければならない.リチウム抽出スラッグの高価値利用を強化し,リチウム電池催化剤または他の機能材料としての可能性を探求する■新しいエネルギー供給モデル (太陽光熱など) を組み合わせて,火鉱工事におけるエネルギー消費を削減し,直接再生のための性能向上経路を拡大する.廃棄物 LiFePO4 を高圧固体溶液 LiFe0 に変換するなど.5Mn0.5PO4 Only through collaborative innovation across multiple technological approaches and the construction of a closed-loop industrial chain encompassing "recycling-regeneration-application" can we achieve efficient廃棄されたリチウム鉄リン酸電池の清潔で高価なリサイクルにより,新しいエネルギー自動車産業の持続可能な発展のための資源の安全を確保します.