废旧磷酸铁锂阴极的全成分回收和再利用工艺

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废旧磷酸铁锂阴极的全成分回收和再利用工艺

Yujia Zeng, Yan Wang, Shangchen Cai, Rong Li, Changan Zhou, Chao Wang, Kui Ma, Lei Song* and Hairong Yue*, 

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摘要

随着第一代动力电池寿命的结束，大量磷酸铁锂（LiFePO4）电池需要回收利用。主流的回收工艺是使用酸浸出系统进行锂浸出和正极材料再生。然而，正极材料中的粘合剂聚偏二氟乙烯（PVDF）和导电碳并未得到利用。本文提出了一种新的两步回收工艺：(1) 使用单组分 K2S2O8 作为浸出剂的无酸浸锂法；(2) 利用浸出残渣中的残碳，通过高温碳热还原 FePO4，生产出可用作电池阳极的 Fe2P2O7。通过优化浸出工艺参数，可选择性地释放正极材料中 98.9 wt % 的锂。对在不同碳热还原温度下合成的 Fe2P2O7 的电化学特性进行了评估，结果表明在 700 °C 下生产的样品具有最有利的电化学特性。即使在电流密度为 1.0 A/g 的条件下循环 750 次后，该催化剂的比容量仍保持在 160 mAh/g。这项研究为全面回收磷酸铁锂中的所有成分引入了一种创新方法。

本文章由计算机程序翻译，如有差异，请以英文原文为准。

All-Component Recycling and Reuse Process for Spent LiFePO4 Cathodes

With the termination of the life of the first generation of power batteries, a substantial quantity of lithium iron phosphate (LiFePO4) batteries necessitates recycling. The mainstream recycling process is lithium leaching with acid leaching systems and cathode material regeneration. However, the binder poly(vinylidene fluoride) (PVDF) and the conductive carbon in the cathode material are not utilized. In this paper, a new two-step recycling process is proposed: (1) an acid-free lithium leaching route using a single component K2S2O8 as a leaching agent and (2) utilizing the residual carbon in the leaching residue to produce Fe2P2O7, which can be used as anodes for batteries, by high-temperature carbothermal reduction of FePO4. By optimizing the leaching process parameters, 98.9 wt % of the lithium in the cathode material can be selectively released. The electrochemical characteristics of Fe2P2O7 synthesized at various carbothermal reduction temperatures were assessed, revealing that the sample produced at 700 °C exhibited the most favorable electrochemical attributes. Even after 750 cycles at a current density of 1.0 A/g, the catalyst retained a specific capacity of 160 mAh/g. This research introduces an innovative approach for the comprehensive recuperation of all components in recycling LiFePO4.

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