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从锂离子电池回收和更新用过的阴极的更好方法

发布时间:2019-05-16 16:27:40 来源:

加州大学圣地亚哥分校的研究人员改进了他们的回收过程,从废旧锂离子电池中再生降解的阴极。新工艺比以前的方法更安全,使用更少的能量来恢复阴极的原始容量和循环性能。

“由于电动汽车市场的快速增长,未来五年全球锂离子电池的制造能力预计将达到每年数百千兆瓦时,”陈说。“这项工作提供了一种解决方案,可以在运行5到10年后回收寿命终止的锂离子电池的价值。”

Chen的团队之前开发了一种直接回收方法来回收和再生降解的阴极。它补充了锂离子,阴极在长期使用时会失去,并使其原子结构恢复到原始状态。然而,该方法包括将阴极颗粒的热锂盐溶液加压至约10个大气压。陈说,问题在于这种加压步骤会增加成本,需要额外的安全预防措施和特殊设备。

因此,团队开发了一个更温和的过程,在环境压力(1个大气压)下完成相同的工作。关键是使用共晶锂盐 - 两种或多种盐的混合物,在比其任一组分低得多的温度下熔化。这种固体锂盐的组合产生了一种无溶剂液体,研究人员可以用它来溶解降解的阴极材料并恢复锂离子而不会在反应器中增加任何额外的压力。

新的回收方法包括从废旧锂离子电池中收集阴极颗粒,然后将它们与共晶锂盐溶液混合。然后将混合物分两步进行热处理:首先将其加热至300℃,然后进行短暂的退火过程,在此过程中将其加热至850℃数小时,然后自然冷却。

研究人员使用该方法再生NMC(LiNi0.5Mn0.3Co0.2),这是一种流行的含有镍,锰和钴的阴极,用于当今许多电动汽车。

“我们用再生颗粒制造新的阴极,然后在实验室内制造的电池中进行测试。再生阴极显示出与原件相同的容量和循环性能,”作为博士后研究员的第一作者杨世说。在加州大学圣地亚哥分校的Chen实验室。

“在寿命终结的锂离子电池中,阴极材料会损失部分锂。阴极的晶体结构也会发生变化,导致离子进出的能力降低。我们开发的回收过程可以恢复阴极锂浓度和晶体结构恢复到原来的状态,“施说。

该团队正在调整此过程,以便它可用于回收锂离子和钠离子电池中使用的任何类型的阴极材料。

“我们的目标是使其成为所有阴极材料的通用回收工艺,”陈说。该团队还致力于回收降解阳极的工艺,如石墨以及其他材料。

陈还与UC圣地亚哥纳米工程教授Shirley Meng合作,他是可持续能源和能源中心的负责人,使用高分辨率显微成像工具识别阴极微观结构和局部成分的微妙变化。

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