詳解磷酸鐵鋰電池拆解回收策略
來源：寶鄂實業(yè)
2020-02-05 10:37
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磷酸鐵鋰循環(huán)性能好、價格低、安全性好，并且具有快充的潛力，因此隨著國內電動汽車產業(yè)的快速發(fā)展，對磷酸鐵鋰電池的需求量也快速增加，目前電動大巴這類對安全性要求較高的汽車上使用的基本上都是磷酸鐵鋰電池。
所以磷酸鐵鋰電池在循環(huán)過程中的衰降一般不是由于正負極活性物質損失造成的，德國慕尼黑工業(yè)大學的Neelima Paul和他的團隊使用中子衍射的方法對長期循環(huán)的磷酸鐵鋰電池（LFP/MCMB）研究認為，造成磷酸鐵鋰電池壽命衰降的主要因素是在循環(huán)的過程中由于SEI膜重構和生長造成的Li消耗。
Neelima Paul利用中子衍射的方法對循環(huán)1C循環(huán)4750次后和23℃狀態(tài)下存儲2年（20%SoC）的電池進行分析后發(fā)現，即便是電池完全放電后（正極處于嵌鋰狀態(tài)，負極處于脫鋰狀態(tài)），但是在正極的衍射峰中仍然觀察到了相當比例的FePO4，在循環(huán)4750次的電池中LFP：FP的比例為67:33，在存儲2年的電池中LFP：FP比例為75:25，而負極的衍射峰中沒有觀察到LiC6的衍射峰。
這一結果顯示磷酸鐵鋰電池在循環(huán)和存儲過程中有相當比例的Li+“憑空消失了”，同時也表明在循環(huán)過程中正負極活性物質都能夠參與到充放電反應中，并沒有發(fā)生活性物質的損失，因此造成磷酸鐵鋰電池衰降的主要原因就是循環(huán)過程中的Li損失。
既然LFP材料在電池循環(huán)過程中能夠保持晶體結構的穩(wěn)定性不變，因此對于廢棄的LFP電池回收，我們只需要補充適當的Li就能夠重新獲得性能良好的LFP材料了，這可以極大的減少LFP材料的生產成本，減少環(huán)境污染。
天津工業(yè)大學的Xuelei Li等設計了一種綠色環(huán)保的回收廢舊磷酸鐵鋰電池的工藝，具體的工藝步驟如下圖所示。該步驟最大的特點是針對磷酸鐵鋰材料的特點實現了低成本、高效和環(huán)?；厥铡牧鞒虉D上我們可以看到，該工藝不僅僅實現了正極LFP材料和負極石墨材料的回收和再生，還對電解液等難以回收的材料進行了回收。
Xuelei Li等首先降廢棄的磷酸鐵鋰電池進行了放電和拆解，殘余的電解液利用低濃度的NaOH進行了處理，根據電解液中溶劑不同的密度、溶解性和沸點等物理特征實現了對DMC、DEC和EC等的分離，溶劑鹽LiPF6則會在水溶液中發(fā)生分解，如下式所示，然后可以通過過濾對其進行回收。
在此過程中分離的正極LFP材料混合一定的Li2CO3后，在Ar/H2氣氛下，在不同的溫度進行熱處理就可以獲得再生的LFP材料。為了確?；厥蘸驮偕鶯FP材料能夠擁有良好的性能，Xuelei Li分別在600，650，700，750和800攝氏度下進行了LFP再生實驗，并利用扣式半電池進行了性能測試，結果如下表所示。
從該表中我們可以看到，沒有經過再生處理的LFP材料的容量約為143mAh/g左右，經過650攝氏度處理后的LFP材料的容量有所提升達到147mAh/g，但是其他溫度處理后，LFP材料的容量反而出現了不同程度的下降。
同時我們也注意到，再生后的材料首次效率要明顯低于沒有再生的LFP材料，這主要是因為再生的LFP中存在雜相造成的，Xuelei Li的研究顯示可以通過適當的延長熱處理時間，以提高LFP材料的首次效率。
