废旧磷酸铁锂电池回收处理的研究
发布时间：2020-12-26 22:54
随着社会的发展,能源和环境问题日益加剧,为缓解石油能源短缺和环境污染的问题,我国不断加大电动汽车的推广力度,以降低燃油车的使用。随着早期的电动汽车不断报废,动力电池回收处理问题的重要性与日俱增,本文选择使用量最大的磷酸铁锂电池作为研究对象,对其回收处理的各项工序进行了研究,最终形成完整的回收处理流程,并初步给出了各工序操作的工艺条件。本文所提出的回收处理流程以正极材料的再生为主要技术,共包括拆解、剥离、再生预处理、再生四部分。其中,拆解以手工方式进行。在剥离方面,本研究创新性地提出了一种冷激法,将正极片用80℃的热水浸泡5min,取出后迅速放入15℃的水中,利用热胀冷缩原理,实现正极材料和集流体之间的高效清洁分离。将分离得到的正极材料在惰性气氛500 ℃高温处理2h,除去其中的粘结剂PVDF,再使用Li2CO3、FeC2O4·2H2O和NH4H2PO4分别作为锂源、铁源和磷源,对正极材料进行元素配比,然后以加入分散剂的方式,在500rpm的转速下机械球磨2h,制得再生前驱体。将前驱体在惰性气氛下,先350预加热2h,再在750 ℃下高温处理8h,即得到再生的正极材料。上述流程中的冷激法...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?２０１１－２０１６年锂离子电池出货量数据??Ｆｉｇ，?１－２?Ｔｈｅ?ｓａｌｅｓ?ｖｏｌｕｍｅｓ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ?ｆｒｏｍ?２０１１?ｔｏ?２０１６??
１．２．２锂离子电池结构组成??目前，商用锂离子电池外型主要有圆柱型和方型两大类，而无论形状如何，其整??体都是由电池外壳、正极片、负极片、电解液以及隔膜等几个部分组成，图１－４给出??了圆柱型锂电池的详细结构示意。??正极接线柱排气孔??：丨丨：丨；：负极引线??蔻池－．＿丨丨＿??图１－４圆柱型锂电池结构示意图??Ｆｉｇ．?１－４?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｂａｔｔｅｒｙ??６??
嵌入到负极材料中；电池放电时则相反。在充放电循环过程中，Ｌｉ＋在两电极??之间来回嵌入和脱出，故Ｌｉ＋电池也称为“摇椅式电池”［１５］。充放电过程锂离子迁移过??程不意图见图１－５。??Ｕ?隔膜．．．??极＾―Ｉ，?＇?Ｌ?…?Ｚ?极??ｌｉｔ?ｖＭｍｔｍ?＿??一?＇??＇电解液。??图１－５锂离子电池的能量转化机理??Ｆｉｇ．?１－５?Ｅｎｅｒｇｙ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?Ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ??锂电池充电过程的电化学反应式如下（以ＬｉＦｅＰ０４正极、石墨负极为例）：??正极反应：?ＬｉＦｅＰ〇４?—?Ｌｉ（ｊ－ｘ、ＦｅＰ〇４?＋?ｘ?Ｌｉ＋?＋?ｘ?ｅ—??负极反应：?（５Ｃ?＋?ｘ?Ｚｚ—＋?ｘ?ｅ－?—?ＬｉｘＣ６??电池总反应：?ＬｉＦｅＰＣｈ?＋６Ｃ?一?Ｌｉ（ｉ－ｘ）ＦｅＰ〇４?＋?Ｌｉｘ〇６?（ｘ＜ｌ）??１．２．４锂离子电池性能指标??对于锂电池的性能，主要评价指标有能量密度、体积密度、安全性、循环寿命、??大功率充放电、高低温性能保持、成本控制等。??较高的能量和体积密度保证在同等重量、体积内，储存更多的电量，作为动力电??池可以在降低整体质量的同时，提供更长的续航。安全性则是电池能否应用的根本，??包括在撞击、穿刺、过充放电、高温等情况下电池的稳定性，但是在电动汽车的整体??安全方面，电池的影响只是一方面的，还有电池系统管理方面的影响。循环寿命和电??池衰减也是很重要的指标，较好的循环性能可以保证电动汽车的使用年限。较大的充??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]ICP-OES法测定磷酸铁锂中锂铁磷的分析方法[J]. 白晓艳,马小利,张超,唐海波,卢世刚. 电源技术. 2015(08)
[2]锂离子电池隔膜的研究进展及发展方向[J]. 王辉. 塑料制造. 2015(06)
[3]废锂离子电池中失效钴酸锂材料超声再生[J]. 朱曙光,贺文智,李光明,黄菊文. 中国有色金属学报. 2014(10)
[4]锂离子电池正极材料的研究现状与发展趋势[J]. 汤雁,刘攀,徐友龙. 电子元件与材料. 2014(08)
[5]废旧磷酸铁锂电池回收研究进展[J]. 郑莹,刘禹,董超,吴慧敏,刘建文. 电源技术. 2014(06)
[6]从废旧磷酸铁锂电池中回收铝、铁和锂[J]. 吴越,裴锋,贾蕗路,田旭. 电源技术. 2014(04)
[7]废旧锂离子电池正极材料LiFePO4/C的电化学修复再生[J]. 杨则恒,张俊,吴情,支莉华,张卫新. 硅酸盐学报. 2013(08)
[8]废旧锂电池回收处理研究[J]. 韩业斌,曾庆禄. 中国资源综合利用. 2013(07)
[9]表面活性剂对磷酸铁锂材料性能的影响研究[J]. 张金利,杨赛,刘媛媛,舒进波,李韡. 化工新型材料. 2013(06)
[10]丙酮溶解分离废旧锂离子电池中金属的方法[J]. 李勋创,邬霞,张志强,刘永梅. 广东化工. 2011(07)
硕士论文
[1]废旧锂离子电池正极材料LiFePO4的回收及合成的研究[D]. 梁立君.大连交通大学 2012
[2]以磷酸铁锂为正极材料的废旧锂离子电池回收及再利用[D]. 潘英俊.哈尔滨工业大学 2012
[3]锂离子电池综合使用性能的评价、修复及相关机理研究[D]. 罗卓.中南大学 2009
[4]中国石油对外贸易发展战略研究[D]. 侯建卫.首都经济贸易大学 2006
本文编号：2940593
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?２０１１－２０１６年锂离子电池出货量数据??Ｆｉｇ，?１－２?Ｔｈｅ?ｓａｌｅｓ?ｖｏｌｕｍｅｓ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ?ｆｒｏｍ?２０１１?ｔｏ?２０１６??
１．２．２锂离子电池结构组成??目前，商用锂离子电池外型主要有圆柱型和方型两大类，而无论形状如何，其整??体都是由电池外壳、正极片、负极片、电解液以及隔膜等几个部分组成，图１－４给出??了圆柱型锂电池的详细结构示意。??正极接线柱排气孔??：丨丨：丨；：负极引线??蔻池－．＿丨丨＿??图１－４圆柱型锂电池结构示意图??Ｆｉｇ．?１－４?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｂａｔｔｅｒｙ??６??
嵌入到负极材料中；电池放电时则相反。在充放电循环过程中，Ｌｉ＋在两电极??之间来回嵌入和脱出，故Ｌｉ＋电池也称为“摇椅式电池”［１５］。充放电过程锂离子迁移过??程不意图见图１－５。??Ｕ?隔膜．．．??极＾―Ｉ，?＇?Ｌ?…?Ｚ?极??ｌｉｔ?ｖＭｍｔｍ?＿??一?＇??＇电解液。??图１－５锂离子电池的能量转化机理??Ｆｉｇ．?１－５?Ｅｎｅｒｇｙ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?Ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ??锂电池充电过程的电化学反应式如下（以ＬｉＦｅＰ０４正极、石墨负极为例）：??正极反应：?ＬｉＦｅＰ〇４?—?Ｌｉ（ｊ－ｘ、ＦｅＰ〇４?＋?ｘ?Ｌｉ＋?＋?ｘ?ｅ—??负极反应：?（５Ｃ?＋?ｘ?Ｚｚ—＋?ｘ?ｅ－?—?ＬｉｘＣ６??电池总反应：?ＬｉＦｅＰＣｈ?＋６Ｃ?一?Ｌｉ（ｉ－ｘ）ＦｅＰ〇４?＋?Ｌｉｘ〇６?（ｘ＜ｌ）??１．２．４锂离子电池性能指标??对于锂电池的性能，主要评价指标有能量密度、体积密度、安全性、循环寿命、??大功率充放电、高低温性能保持、成本控制等。??较高的能量和体积密度保证在同等重量、体积内，储存更多的电量，作为动力电??池可以在降低整体质量的同时，提供更长的续航。安全性则是电池能否应用的根本，??包括在撞击、穿刺、过充放电、高温等情况下电池的稳定性，但是在电动汽车的整体??安全方面，电池的影响只是一方面的，还有电池系统管理方面的影响。循环寿命和电??池衰减也是很重要的指标，较好的循环性能可以保证电动汽车的使用年限。较大的充??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]ICP-OES法测定磷酸铁锂中锂铁磷的分析方法[J]. 白晓艳,马小利,张超,唐海波,卢世刚. 电源技术. 2015(08)
[2]锂离子电池隔膜的研究进展及发展方向[J]. 王辉. 塑料制造. 2015(06)
[3]废锂离子电池中失效钴酸锂材料超声再生[J]. 朱曙光,贺文智,李光明,黄菊文. 中国有色金属学报. 2014(10)
[4]锂离子电池正极材料的研究现状与发展趋势[J]. 汤雁,刘攀,徐友龙. 电子元件与材料. 2014(08)
[5]废旧磷酸铁锂电池回收研究进展[J]. 郑莹,刘禹,董超,吴慧敏,刘建文. 电源技术. 2014(06)
[6]从废旧磷酸铁锂电池中回收铝、铁和锂[J]. 吴越,裴锋,贾蕗路,田旭. 电源技术. 2014(04)
[7]废旧锂离子电池正极材料LiFePO4/C的电化学修复再生[J]. 杨则恒,张俊,吴情,支莉华,张卫新. 硅酸盐学报. 2013(08)
[8]废旧锂电池回收处理研究[J]. 韩业斌,曾庆禄. 中国资源综合利用. 2013(07)
[9]表面活性剂对磷酸铁锂材料性能的影响研究[J]. 张金利,杨赛,刘媛媛,舒进波,李韡. 化工新型材料. 2013(06)
[10]丙酮溶解分离废旧锂离子电池中金属的方法[J]. 李勋创,邬霞,张志强,刘永梅. 广东化工. 2011(07)
硕士论文
[1]废旧锂离子电池正极材料LiFePO4的回收及合成的研究[D]. 梁立君.大连交通大学 2012
[2]以磷酸铁锂为正极材料的废旧锂离子电池回收及再利用[D]. 潘英俊.哈尔滨工业大学 2012
[3]锂离子电池综合使用性能的评价、修复及相关机理研究[D]. 罗卓.中南大学 2009
[4]中国石油对外贸易发展战略研究[D]. 侯建卫.首都经济贸易大学 2006
本文编号：2940593
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