Metody recyklingu materiałów katodowych z fosforanu żelaza i litu

Wraz z dynamicznym rozwojem przemysłu pojazdów nowoenergetycznych baterie litowo-żelazowo-fosforowe (LiFePO4) stały się głównym wyborem na rynku akumulatorów silnikowych ze względu na ich wysoki poziom bezpieczeństwa.długość cyklu życiaJednak recykling baterii wycofanych na dużą skalę nabiera coraz większego znaczenia, zarówno w zakresie recyklingu zasobów, jak i ochrony środowiska.

Jeśli nie pozbędziemy się wycofanych akumulatorów, nie tylko zmarnują cenne zasoby, takie jak lito, żelazo i fosfor,ale może również powodować zanieczyszczenie środowiska z powodu wycieku elektrolitów i wycieku metali ciężkichDlatego pilnie potrzebne jest opracowanie skutecznych, ekonomicznych i przyjaznych dla środowiska technologii recyklingu.

Obecnie technologie recyklingu odpadów z materiałów katodowych fosforanu żelaza i litu dzielą się głównie na trzy kategorie: regeneracja bezpośrednia, metody pirometalurgiczne,i metod hydrometalurgicznych.

I. Bezpośrednia regeneracja

Technologia bezpośredniej regeneracji przywraca elektrochemiczne właściwości materiałów poprzez naprawę wad strukturalnych, w tym głównie metod wysokotemperaturowych w stanie stałym i metod hydrotermalnych.

Metoda w stanie stałym przy wysokiej temperaturze
Na przykład po dopingu wanadium, powstaje węglowodór, w którym powstaje węglowodór, w którym powstaje węglowodór.materiał regenerowany może osiągnąć pojemność specyficzną wyładowania 1540,3 mAh/g w temperaturze 0,1°C. Jednakże metoda ta jest energochłonna i wymaga wysokiej czystości surowców.

Metoda hydrotermalna
Metody hydrotermalne obejmują naprawę w roztworze zawierającym lit przy użyciu Na2SO3 jako środka redukującego.9 mAh/g przy prędkości 1CJednakże ryzyko bezpieczeństwa związane z środowiskiem wysokiego napięcia ogranicza jego zastosowanie na dużą skalę.

II. Pirometalurgia

Technologia pirometallurgiczna oddziela elementy metalowe poprzez kalcynowanie i rozkładanie materiałów z baterii w wysokich temperaturach.w połączeniu z procesem mokrym do odzyskiwania metali wartościowychAby zmniejszyć zużycie energii, naukowcy opracowali metody wspomagane roztopioną solą, takie jak stosowanie NaOH lub NaHSO4 jako aktywatorów w celu obniżenia temperatury reakcji do 400-900 °C,o natężeniu wydalania litu ponad 99%Jednakże procesy pirometallurgiczne nadal cierpią z powodu wysokiego zużycia energii, wytwarzania szkodliwych gazów, takich jak HF, oraz trudności w recyklingu substancji solnych,które ograniczają ich zastosowanie na dużą skalę.

III. Hydrometalurgia

Hydrometalurgia jest obecnie najpopularniejszą technologią recyklingu.

Na etapie wstępnej obróbki wymagane jest uzyskanie proszku katodowego poprzez rozładowanie, rozbieranie i separację (takie jak obróbka cieplna lub rozpuszczanie rozpuszczalnikiem organicznym).powszechnie stosowane są metody kruszenia mechanicznego i sortowania, ale pozostałości folii aluminiowej wprowadzają zanieczyszczenia takie jak aluminium, fluor i tytan, co zwiększa trudności w późniejszym przetwarzaniu.

Proces wycierania dzieli się na wycieranie całego elementu i selektywną ekstrakcję litu: wycieranie całego elementu wykorzystuje kwasy nieorganiczne lub organiczne (takie jak układ kwasu H3PO4-oksalowego),osiągając współczynnik wydalania litu i żelaza powyżej 97%Selektywna ekstrakcja litu wykorzystuje utleniacze takie jak H2O2 i NaClO do preferowanego wycierania litu (prędkość wycierania > 95%),podczas gdy żelazo i fosfor pozostają w szłupie w postaci FePO4.

Wyeliminowanie zanieczyszczeń jest kluczowym wyzwaniem, zwłaszcza głębokie usunięcie aluminium, fluoru i tytanu.ale wymaga precyzyjnej kontroli stosunku aluminium do fluoruPodczas gdy obróbka cieplna może usunąć ponad 90% fluoru, uwalnia bardzo toksyczne gazy.osiągające natężenie usunięcia większe niż 80% przy utracie żelaza poniżej 00,8%.

W fazie regeneracji produktu do syntezy FePO4 i Li2CO3 można użyć roztworu wylewającego pełne pierwiastki, ale zanieczyszczenia wpływają na czystość produktu.Wykorzystanie litowej ścieków wymaga wydalania kwasowego, usuwania zanieczyszczeń i opadów, aby przekształcić je w FePO4, proces skomplikowany i kosztowny.

Ponadto potencjał wykazują również nowe technologie, takie jak aktywacja mechaniczna i metody elektrochemiczne.może osiągnąć selektywne wycieranie litu (prędkość wycierania 99Metody elektrochemiczne migrują jony litu poprzez elektrolizę, osiągając współczynnik odzysku przekraczający 90% bez konieczności stosowania silnych kwasów,ale zużycie energii pozostaje problemem.

Pomimo różnorodności technologii recyklingu pozostają podstawowe wyzwania:

Po pierwsze,procesy selektywnej ekstrakcji litu zaniedbują pierwiastki żelaza i fosforu,o pojemności nieprzekraczającej 10 W, co prowadzi do gromadzenia złomu z ekstrakcji litu i odpadów z zasobów.

Po drugie,Jony aluminium i tytanu łatwo wpadają do sieci FePO4, co wpływa na właściwości elektrokemijne materiałów poddawanych recyklingowi.

Po trzecie,istnieje znaczący konflikt między efektywnością ekonomiczną a przyjaznością dla środowiska.i bezpośrednia regeneracja wymaga ścisłej czystości surowców.

Przyszłe badania powinny koncentrować się na opracowaniu technologii separacji zanieczyszczeń o krótkim procesie i niskim koszcie, takich jak promowanie przemysłowego stosowania metod koordynacji fluoryzacji;wzmocnienie wysokiej jakości wykorzystania osadu ekstrakcyjnego litu i zbadanie jego potencjału jako katalizatora baterii litu lub innych materiałów funkcjonalnych; łączenie nowych modeli dostaw energii (takich jak ogrzewanie słoneczne) w celu zmniejszenia zużycia energii w procesach pirometallurgicznych; i poszerzanie możliwości podnoszenia wydajności w celu bezpośredniej regeneracji,takie jak przekształcanie odpadów LiFePO4 w roztwór stały LiFe0 pod wysokim ciśnieniem.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, czysty i wysokiej wartości recykling odpadów baterii litowo-żelazowo-fosforowych, zapewniając w ten sposób bezpieczeństwo zasobów dla zrównoważonego rozwoju przemysłu pojazdów nowoenergetycznych.