22 лет персонализации аккумуляторов

Какие есть новые способы переработки переработанных положительных элементов литий-ионных аккумуляторов?

May 10, 2019   Вид страницы:438

Литий-ионные батареи широко используются в мобильных электронных устройствах и электромобилях из-за их высокой плотности энергии. Из-за снижения емкости литий-ионные аккумуляторы достигают своего срока службы через несколько лет. С экономической точки зрения переработка литий-ионных аккумуляторов может значительно снизить их затраты (электромобили стоят более 20 центов за положительные материалы). С экологической точки зрения легковоспламеняющиеся и токсичные отходы (органические растворители, тяжелые металлы) от использованных батарей могут вызвать серьезное загрязнение окружающей среды. Следовательно, переработка и восстановление литий-ионных аккумуляторов для достижения устойчивого хранения энергии являются обязательными.

Традиционный метод восстановления литиевых батарей в основном основан на гидрометаллургическом процессе, который включает растворение кислоты и химическое осаждение. Однако интенсивное использование кислоты приведет к дополнительным отходам и усложнит процесс рециркуляции. Что еще более важно, в этом деструктивном процессе переработки теряется энергия положительного материала. Из-за более высокой емкости и более низкой стоимости тройной материал никель-кобальт-марганцево-литиевый тройной материал (NCM) является доминирующим положительным материалом в литиевых батареях. До сих пор переработка NCM в основном основана на гидрометаллургических процессах.

Следовательно, существует острая необходимость в разработке энергосберегающего метода без потерь для прямого восстановления катодных материалов NCM. Недавно профессор Чэньчжэн из Калифорнийского университета в Сан-Диего успешно извлек частицы NCM, емкость которых была сильно ослаблена гидротермальной обработкой и кратковременным высокотемпературным спеканием положительных материалов. Статья была опубликована в ведущем международном энергетическом журнале ACSENERY Letters (импакт-фактор 12,277), а первым автором был постдокторант Шиянг. Рециркулированные частицы NCM сохранили свою первоначальную морфологию, обладали высокой емкостью, стабильными циклическими свойствами и высокими увеличивающими свойствами. Различные электрохимические индексы полностью возвращены к исходным материалам.

Авторы сначала удалили два типа положительных частиц NCM (NCM111: LiNi1 / 3Co1 / 3 Mn1 / 3O2 и NCM523: LiNi 0,5 Co 0,2 Mn0,3 O2) со снижением емкости более 20% из застывшей жидкости. материалы, которые не были переработаны. Из рисунка 1 видно, что нет существенной разницы в морфологии и распределении частиц по размерам между положительно полярными материалами с сильным снижением емкости и исходным материалом, но поверхность переработанного материала претерпела изменения в кристаллической структуре. Для исходного материала как основная фаза, так и поверхностная фаза представляют собой слоистые структуры, в то время как для переработанного материала, хотя основная фаза все еще является слоистой структурой, поверхность становится структурой шпинели и каменной соли. Эти две структуры имеют низкую проводимость по ионам лития, и это структурное преобразование поверхностного слоя является важной причиной ослабления емкости.

Рисунок 1. (a) СЭМ-изображение исходных частиц NCM523 (b) Распределение по размерам исходных вторичных частиц NCM523 (c) Распределение по размерам исходных вторичных частиц NCM523 (d) Распределение по размерам вторичных частиц NCM523 после циркуляции (E) HR-TEM исходные частицы NCM523 Изображение (f) Изображение HR-TEM частиц NCM523 после циркуляции.

Другой важной причиной снижения емкости является то, что литий постепенно теряется во время положительного цикла материала, поскольку слой SEI постепенно утолщается. Как показано на Рисунке 2, 22% переработанных частиц NCM теряются. Автор добавил переработанный материал в раствор гидроксида лития и добавил литий гидротермальным методом. При 220 градусах Цельсия содержание лития может быть увеличено до исходного значения за счет 4 часов нагрева воды. Однако материалы, которые непосредственно обрабатываются водой и теплом, менее кристалличны и требуют короткого процесса высокотемпературного спекания (850 ° C 4 часа) для улучшения кристалличности материала.

Рисунок 2. (а) схематическая диаграмма добавления лития к материалу положительного электрода и (б) содержание лития в материале положительного электрода в зависимости от времени нагрева воды.

После процесса регенерации водяного тепла и спекания не только содержание лития в материале может вернуться к исходному уровню, но и структуры шпинели и каменной соли на поверхности также могут быть преобразованы в слоистые структуры. Как показано на рисунке 3, переработанные частицы все еще сохраняют свою морфологию и распределение по размерам, а кристаллическая структура поверхности возвращается к слоистой структуре. Автор использует метод прямого спекания для сравнения с первым в дополнение к использованию метода спекания в горячей воде для регенерации материалов с положительной полярностью. Метод прямого спекания заключается в прямом спекании определенного количества карбоната лития с переработанным материалом в течение длительного периода времени при высокой температуре (850 градусов Цельсия, 12 часов) и проведении его как в атмосфере воздуха, так и в атмосфере кислорода. Авторы обнаружили, что метод прямого спекания в кислороде также может изменить структуру поверхности обратно на слоистую. Однако после прямого спекания частиц NCM523 с высоким содержанием никеля на воздухе на поверхности все еще остается фаза каменной соли, и она не может полностью изменить структуру петли. Для NCM111 с низким содержанием никеля эффект прямого спекания в кислороде и воздухе одинаков. Авторы обнаружили, что содержание никеля в материале положительного электрода имеет большое влияние на условия регенерации. Чем выше содержание никеля, тем сильнее влияние парциального давления кислорода на процесс регенерации.

Рис. 3. (a) СЭМ-изображения регенерированных частиц NCM523 и (b) распределение размеров регенерированных вторичных частиц NCM523, (c) изображение HR-TEM частиц NCM523, регенерированных путем нагрева воды и спекания (d) и изображение HR-TEM Частицы NCM523, регенерированные прямым спеканием на воздухе, (E) изображения HR-TEM частиц NCM523, регенерированных прямым спеканием в кислороде, и (f) XPS-спектры исходного, переработанного и регенерированного NCM523.

Впоследствии авторы провели электрохимические испытания циклических свойств и скоростных характеристик исходного материала, циклически разлагающегося материала и регенерированного материала. Как показано на рис. 4, аттенуированный материал NCM имеет плохие циклические характеристики. Метод гидротермального спекания и регенерация материала после прямого спекания в кислороде могут полностью восстановить циклические свойства исходного материала, в то время как метод гидротермального спекания регенерирует материал. Имеет лучшую производительность. Для положительного электрода NCM523 с высоким содержанием никеля прямая регенерация спеканием на воздухе не может восстановить его циклические характеристики, что связано с фазой каменной соли, присутствующей на поверхности.

Рисунок 4. (a) Циклическая производительность NCM111, (b) циклическая производительность NCM523, (c) удвоение производительности NCM111, (d) удвоение производительности NCM523 и (E) кривая напряжение-емкость NCM111 при 5C, ( f) Кривая допустимого напряжения NCM523 при 5 ° C.

Подводя итог, в работе показан новый тип технологии восстановления литиевых батарей. После процесса спекания под действием тепла и воды материал сохранил свою первоначальную морфологию и размер частиц, а литий, потерянный во время цикла, был восполнен. Структуры шпинели и каменной соли, образованные во время цикла, могут быть снова преобразованы в слоистые структуры. Из-за его циклического разрушения дефекты компонентов и структурные дефекты были устранены в процессе регенерации. Переработанный материал полностью восстановил электрохимические свойства исходного материала. Этот метод не только прост и безопасен для окружающей среды, но и потребляет мало энергии. Он имеет очевидные преимущества по сравнению с традиционным методом восстановления аккумуляторных батарей мокрым способом и закладывает важную основу для устойчивого производства энергетических материалов.

Страница содержит содержимое машинного перевода.

*
*
*
*
*
  • Самые горячие новости отрасли
  • Последние новости отрасли
  • Оставить сообщение

    Свяжитесь с нами

    * Пожалуйста, введите Ваше имя

    Требуется электронная почта. Этот адрес электронной почты недействителен

    * Пожалуйста, введите вашу компанию"

    Требуется массаж.
    Свяжитесь с нами

    Мы скоро свяжемся с вами

    Сделанный