Với sự phát triển liên tục của các thiết bị điện tử tiêu dùng và các phương tiện năng lượng mới và các thị trường khác, pin lithium-ion ngày càng được sử dụng rộng rãi. Sự phát triển của thị trường sẽ tạo ra một số lượng lớn pin lithium thải. Loại bỏ pin lithium đã qua sử dụng sẽ gây ra tác hại nhất định cho môi trường sinh thái. Từ quan điểm bảo vệ môi trường và tái tạo tài nguyên, việc tái chế pin lithium-ion thải có ý nghĩa thực tế và giá trị kinh tế rất lớn. Hiện nay, có nhiều nghiên cứu về việc tái chế vật liệu catốt cho pin lithium-ion, và rất nhiều tiến bộ đã được thực hiện, nhưng việc tái chế vật liệu anode cho pin lithium-ion tương đối yếu. Với việc liên tục tăng cường bảo vệ sinh thái, tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải, việc tái chế vật liệu điện cực âm cho pin lithium-ion cũng nhận được sự chú ý ngày càng tăng. Theo tiến độ nghiên cứu hiện tại của các phương pháp tái chế cho vật liệu anode của pin lithium-ion thải, biên tập viên đã sắp xếp một số phương pháp chính thống để độc giả tham khảo.
1. Phục hồi bằng cách nổi
Nổi là một quá trình vật lý phân tách có chọn lọc các vật liệu kỵ nước khỏi vật liệu ưa nước bằng cách sử dụng sự khác biệt về độ ẩm của chính chất, hoặc bằng cách sử dụng hành động của các bộ thu, chất tạo bọt và chất sửa đổi. Lithium-ion pin anode vật liệu graphite là một vật liệu không phân cực và kỵ nước, và LiCoO2 trong chất thải lithium-ion pin là một tinh thể ion với phân cực mạnh mẽ và ưa nước tốt. Phương pháp nổi sử dụng sự khác biệt về khả năng ẩm ướt của cả hai để tách và phục hồi.
Một số nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp nổi phụ gia Fenton để sửa đổi vật liệu điện cực theo các thông số tối ưu của H2O2 / Fe2 + là 40/280 và tỷ lệ chất lỏng-rắn là 25/100, và sau đó được phân tách bằng nổi, tỷ lệ thu hồi của LiCoO2 đạt 98,99%. . Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng nghiên cứu công nghệ nổi mài. Độ ẩm của LiCoO2 và graphite là khác nhau bằng cách mài. Các loại cô đặc của LiCoO2 và graphite sau khi nổi lần lượt là 97,13% và 73,56%, và sự phục hồi lần lượt là 49,32% và 73,56%. Chất kết dính hữu cơ có thể được loại bỏ bằng phương pháp hỗ trợ siêu âm pyrolysis, làm tăng tỷ lệ phục hồi của LiCoO2 từ 74,62% lên 93,89%. Phương pháp nổi nhận ra sự phục hồi đồng thời của vật liệu điện cực dương LiCoO2 và điện cực âm graphite, giúp đơn giản hóa quá trình phục hồi và đơn giản, hiệu quả và ít ô nhiễm. Tuy nhiên, than chì được thu hồi bằng phương pháp này chứa nhiều tạp chất, và độ tinh khiết của than chì thu được bằng cách tách cần được cải thiện hơn nữa.
2. Phục hồi xử lý nhiệt
Có một chất kết dính PVDF giữa lá đồng điện cực âm của pin lithium ion và vật liệu hoạt động. Phương pháp xử lý nhiệt là đặt điện cực âm của pin lithium ion thải trong một phạm vi nhiệt độ cao nhất định để bay hơi hoặc phân hủy chất kết dính, để bộ thu dòng điện lá đồng và bột than chì của vật liệu hoạt động điện cực âm có thể được tách ra.
Phương pháp xử lý nhiệt có thể loại bỏ hiệu quả chất kết dính và tách bộ thu dòng đồng và vật liệu hoạt động. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những thiếu sót. Chất kết dính hữu cơ dễ dàng bị phân hủy để tạo ra các khí độc hại trong điều kiện nhiệt độ cao. Nếu không được xử lý hợp lý, ô nhiễm thứ cấp sẽ xảy ra.
3. Tái chế thủy khí tượng thủy văn
Cực dương chất thải có chứa lithium (30,07 mg · g-1) cao hơn nhiều so với sự phong phú của môi trường, và hầu hết chúng tồn tại trong màng SEI dưới dạng các chất vô cơ Li2O, LiF, Li2CO3 và các chất hữu cơ ROCO2Li, CH3OLi, (ROCO2Li)2; Một phần nhỏ tồn tại trong các khoảng trống graphite dưới dạng chất nguyên tố Li. Trong số đó, Li2O, ROCO2Li và CH3OLi hòa tan trong nước, trong khi các chất khác gần như không hòa tan trong nước.
Nguyên tắc thủy khí tượng dựa trên thực tế là kim loại trong pin lithium-ion thải có thể được hòa tan trong dung dịch axit, kiềm hoặc các dung môi khác, các kim loại được chuyển vào dung dịch, và than chì và các chất kim loại khác được tách ra bằng cách tách lọc hoặc tách ly tâm. Hydrometallurgy có thể phục hồi than chì chất lượng cao và phục hồi năng suất cao của các kim loại có giá trị. Quá trình thủy khí tượng có nhiệt độ hoạt động thấp và có thể phục hồi hiệu quả muối lithium trong điện cực âm. Tuy nhiên, do sự hiện diện của muối lithium không hòa tan như LiF, quá trình này tiêu thụ một lượng lớn axit mạnh (axit sulfuric, axit hydrochloric) và tạo ra axit hydrofluoric độc hại hơn. . Do đó, một giải pháp hiệu quả để tái chế thủy văn là kết hợp tái chế các điện cực dương và âm, có thể đơn giản hóa đáng kể quá trình tái chế và giảm ô nhiễm thứ cấp do axit thải gây ra. Thủy khí tượng thủy văn có lợi thế là tiêu thụ năng lượng thấp, hoạt động dễ dàng, tỷ lệ thu hồi cao và rủi ro môi trường thấp, nhưng nó cũng có các vấn đề như dư lượng chất điện phân và chất kết dính.
4. Phục hồi kết hợp thủy văn và phẫu thuật pyrometallurgy
Có một số vấn đề nhất định trong thủy khí quyển thuần túy, và một số nhà nghiên cứu đề xuất kết hợp thủy văn và pyrometallurgy.
Pyrometallurgy là xử lý bột điện cực thải được xử lý trước ở nhiệt độ cao để loại bỏ chất hữu cơ và đồng thời làm cho kim loại và oxit của nó trong bột trải qua phản ứng oxy hóa khử để có được hợp kim và xỉ. Đây là một trong những phương pháp phổ biến để xử lý pin thải.
Điện cực âm graphite của pin lithium ion thải đã được phục hồi bằng cách kết hợp phương pháp ướt và phương pháp chữa cháy. Bột hỗn hợp của các điện cực dương và âm đã được lọc hai lần trong điều kiện 5mol · L-1H2SO4 và 35% (w / w) H2O2 và sau đó được lọc để có được một chiếc bánh lọc than chì. Thiêu kết với bột NaOH ở 500 ° C để loại bỏ hầu hết các tạp chất, rửa bằng nước khử ion và sấy khô để có được than chì tái sinh. Các thử nghiệm hiệu suất điện hóa của than chì thải, than chì rỉ thứ cấp và than chì tái sinh cho thấy có nhiều tạp chất trong than chì rỉ thứ cấp, nhưng công suất ban đầu lớn hơn than chì tái sinh. Có thể là khoảng cách giữa các lớp được mở rộng bởi các tạp chất, dẫn đến sự gia tăng không gian cho sự xen kẽ lithium. Cấu trúc của than chì tái chế đã không bị phá hủy trong quá trình tái chế và duy trì một mạng lưới lý tưởng. Hàm lượng tạp chất đã giảm đáng kể sau khi thử nghiệm tro, và công suất của nó (377,3mAh · g-1 ở 0,1C) đáp ứng các yêu cầu để tái sử dụng. Tuy nhiên, hiệu suất chu kỳ (tỷ lệ duy trì công suất sau 100 chu kỳ là 84,63%) vẫn cần được cải thiện so với than chì thương mại, nhưng tỷ lệ duy trì công suất được cải thiện so với thủy sản nguyên chất ở cùng một số chu kỳ. Tuy nhiên, phương pháp này có vấn đề về tỷ lệ phục hồi thấp (tỷ lệ phục hồi khoảng 60%). Khi nhiệt độ thiêu kết thấp hơn nhiệt độ phân hủy của than chì, 33% than chì vẫn bị mất trong quá trình hợp nhất. Phương pháp này phục hồi than chì lớn nhất trong quá trình này. Tổn thất xảy ra ở giai đoạn này.
5. Phục hồi điện hóa
Một số nhà nghiên cứu đã đề xuất thu hồi điện hóa than chì và lá đồng từ pin lithium-ion, và nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số khác nhau (điện áp, khoảng cách liên điện cực và nồng độ điện phân) đối với quá trình điện phân. Kết quả cho thấy trong điều kiện tối ưu của khoảng cách cực 10 cm, nồng độ chất điện phân Na2SO4 là 1,5 g · L-1 và điện áp 30 V, việc tách hoàn toàn lá đồng và than chì có thể đạt được trong 25 phút điện phân. Li + trong chất điện phân có thể được phục hồi thêm bằng phương pháp mưa. Tuy nhiên, than chì trong phương pháp này chứa một lượng nhỏ dư lượng chất kết dính, ảnh hưởng đến giá trị tái sử dụng tiếp theo của nó.
tóm tắt
Hiện tại, việc tái chế vật liệu điện cực âm cho pin lithium-ion vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu thử nghiệm và công nghệ tái chế cần được tối ưu hóa và cải thiện hơn nữa. Mặc dù có một hệ thống sơ bộ để tái chế vật liệu điện cực âm cho pin lithium-ion, vẫn còn một chặng đường dài để đi trước khi tái chế thương mại thực tế. Với sự mở rộng liên tục của thị trường năng lượng mới, việc tái chế vật liệu điện cực âm cho pin lithium-ion là xu hướng chung. .
Nguồn tham khảo:
[1] Liu Dongxu et al. Tiến bộ trong việc tái tạo và sử dụng vật liệu Anode cho pin Li-ion thải. Công nghiệp hóa chất và kỹ thuật
[2] Long Fei et al. Tiến độ nghiên cứu tái chế vật liệu anode cho pin lithium-ion thải. Tạp chí Đại học Công nghệ Thứ hai Thượng Hải
[3] Long Lifen et al. Tiến bộ nghiên cứu trong việc sử dụng và xử lý công nghệ anode graphite cho pin lithium-ion thải. Khoa học và công nghệ lưu trữ năng lượng
(Biên tập bởi China Powder Network / Wen Zheng)
Lưu ý: Hình ảnh không dành cho mục đích thương mại và có thông báo vi phạm để xóa nó!