废旧磷酸铁锂电池正极材料回收技术进展

为了实现碳达峰、碳中和目标,建立清洁低碳的能源体系,人们对清洁储能材料的需求量日渐增大.锂离子电池相较其它储能器件具有输出电压高、使用寿命长等诸多优势,已广泛应用到各个领域.其中磷酸铁锂电池安全性较高,占据了较大的市场份额.然而,随着时间的推移,大规模磷酸铁锂电池退役的时间即将到来,如何处置和利用这些废旧电池,已成为当前行业亟需解决的问题之一.本文对目前的废旧磷酸铁锂电池正极材料回收技术进行总结,对固相法、液相法、固-液结合法、机械力活化法、电化学法、微生物分解法等回收工艺流程以及效果进行说明,比较其优缺点并对回收技术的发展方向进行展望.     

废旧磷酸铁锂电池正极材料浸取及回收研究

废旧动力电池存量将迎来爆发式增长趋势,回收处置需求紧迫。废旧动力电池回收处理技术无法照搬现有小型锂电池的工艺路线,尤其是磷酸铁锂电池。介绍了一种废旧磷酸铁锂电池正极材料浸取分离方法和正极材料中元素的提取回收技术,效果明显,工艺简单可行。     

废旧磷酸铁锂电池回收研究进展

磷酸铁锂电池是国家大力推行的动力电池发展方向。其制备工艺已日趋完善,产量和应用量逐年升高。针对巨大产量之后的废旧磷酸铁锂电池回收现状做了调查,对其回收量、回收技术、回收效益等方面做了分析,以期对磷酸铁锂电池回收产业发展提供依据。     

废旧磷酸铁锂电池中锂元素的回收技术

以硝酸为浸取剂,对废旧磷酸铁锂电池的正极材料回收处理,回收其中的锂元素制备碳酸锂。以废旧锂电池中的锂离子回收率为主要考察指标,通过单因素条件实验和正交实验考察了浸取反应中浸取温度、搅拌时间、硝酸浓度、固液比等因素的变化对锂离子回收率的影响。确定锂离子浸取反应的较佳工艺条件为:浸取温度55℃、硝酸浓度4.5mol/L、浸出时间2.5 h、固液比1∶8。较佳的工艺条件下,锂离子的回收率可达91.25%,所制备的碳酸锂纯度最高可达98.4%,实现了废旧磷酸铁锂电池中锂的有效回收。     

废旧磷酸铁锂电池再生技术研究

研究使用N-甲基吡咯烷酮分离废旧磷酸铁锂电池中的正极活性物质与集流体,探讨分离效率随固液比、温度和时间的变化关系,再对分离得到的磷酸铁锂活性物质使用高温固相进行再生。结果表明,60℃固液比为1 g/10 mL,反应12 min时,正极活性物质与集流体的分离效率可达90.26%;高温固相中,原料粒径在0.054 mmd3≤0.063 mm范围,温度700℃,焙烧8 h时再生的磷酸铁锂粉末的XRD图谱与其标准物质较吻合,SEM图像表明其颗粒大小均匀、形貌分明。     

从废旧磷酸铁锂电池中回收铝、铁和锂

针对废旧磷酸铁锂锂离子电池回收工艺中电极材料的分离提取问题,根据集流体、活性物质、粘结剂的物理化学性质差异,通过高温焙烧、碱溶解、酸浸出并结合搅拌筛分等分离手段,对磷酸铁锂正极材料中各成分进行分离提取,从废旧磷酸铁锂电池中回收铝、铁和锂。实验结果表明:对正极极片进行焙烧,碱溶解可预先分离约92%的铝,其次用H2SO4+H2O2体系通过控制pH值可分离95%以上的铁;余液在90℃以上用饱和热碳酸钠溶液沉积碳酸锂,一次沉积锂率可达80%以上。     

废旧锂电池物料分离收集装置

近年来,锂离子电池在储能、电动汽车等领域得到了快速发展和广泛应用。3～5年后,废旧锂电池数量将呈现爆发式增长趋势。如这些废旧电池处理不当,会给人类健康、环境安全带来隐患。若不能有效回收处理,还造成资源浪费。针对常规回收方法在效率、能耗、环境友好性方面存在的问题,在原回收技术基础上,设计出废旧锂电池物料分离收集装置。该装置采用物理法实现电池中各组分的分离和收集。全自动化回收过程不引入任何化学试剂,电解液回收效率高,粉尘得到有效收集,具有绿色低碳、环保节能、便于产业化等特点。     

废旧锂离子电池负极石墨闭环回收的基础研究

提出一种闭环回收废旧锂离子电池负极石墨的方法。采用磷酸三乙酯(TEP)分离负极活性物质石墨与铜箔,结果表明,固液比为1∶25 g/mL,温度为50℃,反应时间为40 min时的分离效率高达98.28%。将分离的石墨经500℃煅烧2 h可制备出成分纯、结构特征明显的氧化石墨烯,将氧化石墨烯包覆于再生磷酸铁锂电池正极材料中发现其电化学性能显著提高。以此实现废旧锂离子电池负极石墨的资源化利用。     

锂电池回收利用研究

随着电动汽车开发及使用的日益普遍,其内部锂电池的使用也日益增多,而锂电池经过近上千次充放电循环后,其内部工作离子就会丧失活性。锂离子使用范围的日益广泛势必会带来大量的废旧电池,若随意丢弃不但对环境造成威胁,也是对资源的一种浪费。因此对废旧锂电池进行回收利用具有十分重大的意义。同时随着目前我国微电网技术的迅速发展,对废旧锂电池进行重新检测组装用于微电网的功率平滑会极大提高锂离子电池的利用率。因此本文对锂电池发现概况和主要回收工艺进行了综合分析与探讨,并以此指出了未来锂电池回收发展的趋势。     

锂离子电池电解液回收处理技术进展及展望

随着锂电池的大规模应用及其成本的快速下降,废旧锂电池将呈现爆发式累积性增长趋势,其健康、环境、安全隐患的累积效应成倍放大,不容忽视,若不能有效回收处理,会造成资源浪费和环境污染。尤其是电解液含有有毒有害物质,且在自然环境中极易发生副反应,造成二次污染,对其回收处置尤为关键。总结了锂离子电池电解液的组成及其潜在的危害,综述了国内外废旧锂电池电解液回收处理技术研究进展,展望了电解液新型回收处理技术及其发展前景。     

LiFePO4锂离子电池关键材料的湿法回收

废旧磷酸铁锂(LiFePO₄)锂离子电池经破碎分选后制得黑粉，对黑粉采取湿法回收及再生，其中，锂、铁、磷的浸出率(回收率)可达97%以上。对浸出液采取化学沉淀法除铜、铝，铁粉置换法除铜，可将铜质量分数降至0.000 1%以下，采用硫酸铵化学沉淀，可将铝质量分数降至0.000 6%,达成深度除杂效果。除杂后的精制溶液可合成电池级无水磷酸铁及碳酸锂，并通过高温固相法制备LiFePO₄正极材料。制备的扣式电池以0.1 C在2.00～3.75 V循环，充放电比容量分别为162.96 mAh/g、159.31 mAh/g,首次循环的库仑效率为97.76%。     

基于阈值修正因子的锂电池动态均衡策略研究

磷酸铁锂电池具有能量密度大、电压平台高、无记忆性等优点，在电力工程中得到了广泛应用。但单体电池在容量、电压和内阻等方面的不一致性不容忽视。提出了一种基于阈值修正因子的锂电池动态均衡策略。对反激式均衡电路的拓扑及原理进行了分析，阐述了锂电池均衡电路原理。传统均衡技术以电池组SOC值均值为均衡中心来设置某固定值或比例的阈值，导致均衡效率不明显的问题，提出了一种带修正因子的均衡阈值动态调整方法，并通过能量转移矩阵稀疏度问题求解求得最优转移路径。最后通过搭建磷酸铁锂电池模组模型，验证了所提方法的合理性与高效性。根据仿真结果，验证所提方法能够优化磷酸铁锂电池组的均衡效果和提高锂电池组利用效率。     

站用直流系统锂电化改造应用研究

分析磷酸铁锂电池的应用场景,探讨磷酸铁锂电池在储能、电动汽车以及变电站备用电源系统的应用情况,介绍磷酸铁锂电池在某110 kV变电站直流电源系统应用效果.通过磷酸铁锂电池与铅酸蓄电池性能对比分析,指出铅酸蓄电池由其材料体系和本征特性决定其存在极板裂化、电解液失水、酸液腐蚀等问题,磷酸铁锂电池在常规性能、安全性、温度特性、寿命特性、倍率放电性能和废弃处理等方面存在主要优势,并进一步对两者进行技术经济比较,从性能、购置成本、安装成本、使用维护成本和全寿命周期管理等方面分析磷酸铁锂电池替代铅酸蓄电池的可行性,对变电站直流电源系统智能化应用具有重要意义.     

磷酸铁锂电池在通信基站的应用研究

总结了磷酸铁锂电池在通信基站中的应用特性与使用现状,对磷酸铁锂电池系统在基站应用中存在的问题进行了研究,提出了针对性的改进方法,并对结果进行了分析,为磷酸铁锂电池在通信基站的应用提供了帮助。     

基于开路电压法的磷酸铁锂电池SOC估算研究

为了提高磷酸铁锂电池的安全性和使用寿命,需要对电池中最重要的参数——荷电状态(state of charge, SOC)进行有效的估算。因此,对电池SOC的估算方法进行研究,通过一种精简的开路电压法可以快速并相对准确地估算磷酸铁锂电池的SOC,相关充放电实验确定了开路电压与电池SOC的对应关系,并分别选用静置前后的开路电压对电池的SOC进行估算。结果表明在磷酸铁锂电池出色的性能基础上,这种简单快捷的开路电压法可以精确地估算其电池的SOC。     

磷酸铁锂电池管理技术及安全防护技术研究现状

储能作为战略性新兴产业,是增强能源系统供应安全性、灵活性、综合效率的重要环节。然而,随着储能产业的快速发展,电池的安全性成为阻碍其发展的关键问题之一。本文以磷酸铁锂电池为例,基于应用现状,从电池管理技术角度,介绍了磷酸铁锂电池现有的状态检测技术;接着从安全防护技术角度,介绍了磷酸铁锂电池的主动安全防护技术和被动防护技术;最后,从技术标准、状态监测和安全防护等方面,给出了磷酸铁锂电池集成化发展的建议。     

基于电路等效的磷酸铁锂材料电池建模研究

为了完整地了解磷酸铁锂电池的内部结构及工作特性,需要进行等效建模对其进行精确的参数辨识。以容量10Ah的磷酸铁锂电池为研究对象,选取PNGV模型进行特性分析,并用最小二乘法进行参数辨识。通过磷酸铁锂电池的充放电实验,表征出电池的充放电特性;通过OCV与SOC的标定实验,拟合出OCV与SOC之间的函数关系;通过HPPC实验研究,利用公式对模型各个参数进行计算,再通过最小二乘法拟合得到各参数的非线性规律。通过实验估算出PNGV模型中电容Cb的变化趋势,在客观上体现出电池对电量变化的敏感程度。以上几种实验结果表明,模型仿真与实测结果之间的误差平均值约为3.062 mV,最大误差为37 mV,基本反映出磷酸铁锂电池的工作特性,为动力电池的SOC估算及磷酸铁锂电池应用领域的仿真研究提供了理论基础。     

高寒高海拔地区微网储能锂电池系统优化设计

通过对高寒高海拔地区微电网储能选用的磷酸铁锂电池进行性能测试,分析了环境温度对电池充放电性能、循环寿命、系统容量及安全性能等重要参数的影响。结果表明:磷酸铁锂电池具有循环寿命长、对高倍率充放电耐受性强,具有耐用性与安全系数高等优点;环境温度对电池性能影响显著,低温下放电容量明显下降,高倍率充放电会缩短电池循环寿命。此外,结合高寒高海拔地区的气候特征对锂电池储能系统进行针对性的优化设计,并且在恶劣环境下对系统的可靠性进行了实验验证。研究结果可对磷酸铁锂电池在高寒高海拔地区的应用提供技术支撑。     

磷酸铁锂电池直流电源系统应用研究

将铅酸电池和磷酸铁锂电池在常规性能、温度特性、寿命特性、充放电特性做了对比,从性能、成本、使用维护、安全性和废弃处理等方面分析了磷酸铁锂电池在变电站直流系统中运用的可行性,并提出了基于磷酸铁锂电池的直流系统在变电站中运用的技术设想。     

废旧锂电池正负极材料修复再生技术

归纳总结了废旧锂电池中正极和负极材料回收、修复再生技术现状。从工艺流程、成本、产品质量等方面比较了各自优缺点。总的来看,目前对报废电池正负极材料的回收、修复技术不成熟不全面,工艺成本偏高。