Was ist eine Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie?

Inhaltsverzeichnis

Die Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie ist eine Lithium-Ionen-Batterie, die Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4) als positives Elektrodenmaterial und Kohlenstoff als negatives Elektrodenmaterial verwendet.

Während des Ladevorgangs werden einige der Lithiumionen im Lithiumeisenphosphat extrahiert, durch den Elektrolyten auf die negative Elektrode übertragen und in das Kohlenstoffmaterial der negativen Elektrode eingebettet; Gleichzeitig werden Elektronen von der positiven Elektrode freigesetzt und erreichen die negative Elektrode aus dem externen Stromkreis, um das Gleichgewicht der chemischen Reaktion aufrechtzuerhalten. Beim Entladevorgang treten Lithium-Ionen aus der negativen Elektrode aus und gelangen durch den Elektrolyten zur positiven Elektrode. Gleichzeitig setzt die negative Elektrode Elektronen frei und erreicht die positive Elektrode vom externen Stromkreis, um Energie für die Außenwelt bereitzustellen.

Chinesischer Name: 磷酸铁锂电池

Ausländischer Name: Lithium-Eisenphosphat-Batterie

Abkürzung: LIFEPO4

Positive Elektrode: Lithiumeisenphosphat

Negative Elektrode: Kohlenstoff (Graphit)

Nennspannung: 3.2 V Laden

Abschaltspannung: 3.6 V ~ 3.65 V

Vorteile: hohe Arbeitsspannung, hohe Energiedichte, lange Lebensdauer, gute Sicherheitsleistung, geringe Selbstentladung, kein Memory-Effekt

Was ist eine Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie?
Was ist eine Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie?

Einführung in die Lithium-Eisenphosphat-Batterie

In der Kristallstruktur von LiFePO4 sind Sauerstoffatome hexagonal dicht gepackt angeordnet.

Die PO43-Tetraeder und FeO6-Oktaeder bilden das räumliche Skelett des Kristalls, Li und Fe besetzen die oktaedrischen Hohlräume, während P die tetraedrischen Hohlräume besetzt, in denen Fe die eckenverknüpften Positionen der Oktaeder und Li die kantenverknüpften Positionen einnimmt der Oktaeder. FeO6-Oktaeder sind auf der bc-Ebene des Kristalls miteinander verbunden, und LiO6-Oktaederstrukturen in Richtung der b-Achse sind miteinander zu einer kettenartigen Struktur verbunden. 1 FeO6-Oktaeder teilt Kanten mit 2 LiO6-Oktaedern und 1 PO43-Tetraeder.

Aufgrund der Diskontinuität des kantenverknüpften oktaedrischen FeO6-Netzwerks kann keine elektronische Leitung gebildet werden; Gleichzeitig begrenzt der PO43-Tetraeder die Volumenänderung des Gitters, was die Deinterkalation und Elektronendiffusion von Li+ beeinflusst, was zur elektronischen Leitfähigkeit und Ionendiffusion des LiFePO4-Kathodenmaterials führt. Sehr ineffizient.

Die theoretische spezifische Kapazität der LiFePO4-Batterie ist hoch (ca. 170 mAh/g), und die Entladeplattform beträgt 3.4 V. Li+ wird zwischen den positiven und negativen Elektroden hin und her deinterkaliert, um Ladung und Entladung zu realisieren. Während des Ladens findet eine Oxidationsreaktion statt, Li+ wandert von der positiven Elektrode und wird durch den Elektrolyten in die negative Elektrode eingebettet. Das Eisen ändert sich von Fe2+ zu Fe3+ und es findet eine Oxidationsreaktion statt.

Strukturelle Eigenschaften von Lithium-Eisenphosphat-Batterien

Die linke Seite der Lithium-Eisenphosphat-Batterie ist eine positive Elektrode, die aus einem LiFePO4-Material mit Olivinstruktur besteht, das durch eine Aluminiumfolie mit der positiven Elektrode der Batterie verbunden ist. Rechts ist die negative Elektrode der Batterie aus Kohlenstoff (Graphit) zu sehen, die durch eine Kupferfolie mit der negativen Elektrode der Batterie verbunden ist. In der Mitte befindet sich ein Polymer-Separator, der die positiven und negativen Elektroden trennt, durch die Lithium-Ionen passieren können, Elektronen jedoch nicht. Das Innere der Batterie ist mit Elektrolyt gefüllt, und die Batterie ist durch ein Metallgehäuse hermetisch verschlossen.

Die Lade-Entlade-Reaktion der Lithium-Eisenphosphat-Batterie wird zwischen den beiden Phasen LiFePO4 und FePO4 durchgeführt. Während des Ladevorgangs wird LiFePO4 allmählich von den Lithiumionen getrennt, um FePO4 zu bilden, und während des Entladevorgangs werden die Lithiumionen in FePO4 interkaliert, um LiFePO4 zu bilden.

Das Lade- und Entladeprinzip der Lithium-Eisenphosphat-Batterie

Wenn die Batterie geladen wird, wandern Lithiumionen aus dem Lithiumeisenphosphatkristall zur Kristalloberfläche, treten unter der Wirkung der elektrischen Feldkraft in den Elektrolyten ein, passieren dann den Separator und wandern dann durch den zur Oberfläche des Graphitkristalls Elektrolyt, und dann in das Graphitgitter einbetten.

Gleichzeitig fließen die Elektronen durch den Leiter zum Aluminiumfolienkollektor der positiven Elektrode, fließen durch die Lasche zum Kupferfolienkollektor der negativen Elektrode der Batterie, dem positiven Pol der Batterie, dem externen Stromkreis, dem Minuspol und Minuspol und fließen dann durch den Leiter zum Minuspol aus Graphit. , so dass die Ladung der negativen Elektrode ein Gleichgewicht erreicht. Nachdem die Lithiumionen aus dem Lithiumeisenphosphat deinterkaliert sind, wird das Lithiumeisenphosphat in Eisenphosphat umgewandelt.

Wenn die Batterie entladen wird, werden Lithiumionen aus dem Graphitkristall deinterkaliert, treten in den Elektrolyten ein und passieren dann den Separator, wandern durch den Elektrolyten an die Oberfläche des Lithiumeisenphosphatkristalls und fügen sich dann wieder in das Gitter des ein Lithiumeisenphosphat.

Gleichzeitig fließen die Elektronen durch den Leiter zum Kupferfolienkollektor der negativen Elektrode und fließen durch die Lasche, den negativen Pol der Batterie, den externen Stromkreis, zum Aluminiumfolienkollektor der positiven Elektrode der Batterie. den positiven Pol und den positiven Pol und fließen dann durch den Leiter zum Eisenphosphat. Die positive Elektrode aus Lithium gleicht die Ladung der positiven Elektrode aus. Nachdem die Lithiumionen in den Eisenphosphatkristall eingelagert sind, wird das Eisenphosphat in Lithiumeisenphosphat umgewandelt.

Eigenschaften des LiFePO4-Akkus

höhere Energiedichte

Berichten zufolge beträgt die Energiedichte der 2018 in Massenproduktion hergestellten quadratischen Lithium-Eisenphosphat-Batterie mit Aluminiumgehäuse etwa 160 Wh/kg. Im Jahr 2019 können einige hervorragende Batteriehersteller wahrscheinlich das Niveau von 175-180 Wh/kg erreichen. Die Chiptechnologie und Kapazität werden größer gemacht, oder es können 185Wh/kg erreicht werden.

gute Sicherheitsleistung

Die elektrochemische Leistung des Kathodenmaterials der Lithium-Eisenphosphat-Batterie ist relativ stabil, was bestimmt, dass sie eine stabile Lade- und Entladeplattform hat. Daher ändert sich die Struktur der Batterie während des Lade- und Entladevorgangs nicht, und sie brennt und explodiert nicht. Es ist immer noch sehr sicher unter besonderen Bedingungen wie Aufladen, Quetschen und Akupunktur.

lange Lebensdauer

Die 1C-Zykluslebensdauer von Lithium-Eisenphosphat-Batterien erreicht im Allgemeinen 2,000 Mal oder sogar mehr als 3,500 Mal, während der Energiespeichermarkt mehr als 4,000 bis 5,000 Mal erfordert, was eine Lebensdauer von 8 bis 10 Jahren gewährleistet, was mehr als 1,000 Zyklen entspricht von ternären Batterien. Die Lebensdauer von langlebigen Blei-Säure-Batterien beträgt etwa 300 Mal.

Synthese von LiFePO4

Der Syntheseprozess von Lithiumeisenphosphat wurde grundlegend perfektioniert und ist hauptsächlich in Festphasenverfahren und Flüssigphasenverfahren unterteilt. Unter diesen wird das Hochtemperatur-Festphasenreaktionsverfahren am häufigsten verwendet, und einige Forscher kombinieren das Mikrowellensyntheseverfahren im Festphasenverfahren und das hydrothermale Syntheseverfahren im Flüssigphasenverfahren – das Mikrowellen-Hydrothermalverfahren.

Darüber hinaus umfassen die Syntheseverfahren von Lithiumeisenphosphat auch bionische Verfahren, Kühltrocknungsverfahren, Emulgierungstrocknungsverfahren, gepulste Laserabscheidungsverfahren usw. Durch die Wahl verschiedener Verfahren kann die Synthese von Produkten mit kleiner Partikelgröße und guter Dispersionsleistung die Diffusion effektiv verkürzen Weg von Li+ nimmt die Kontaktfläche zwischen den beiden Phasen zu und die Diffusionsgeschwindigkeit von Li+ nimmt zu.

Industrielle Anwendung von Lithium-Eisenphosphat-Batterien

Anwendung der neuen Energiefahrzeugindustrie

Chinas „Industrieentwicklungsplan für energiesparende und neue Energiefahrzeuge“ schlägt vor, dass „das übergeordnete Ziel der Entwicklung von Fahrzeugen mit neuer Energie lautet: Bis 2020 werden die kumulierte Produktion und der Verkauf von Fahrzeugen mit neuer Energie 5 Millionen Einheiten erreichen, und das Ausmaß der Energie- Die Industrie für Einsparung und neue Energiefahrzeuge wird an der Spitze der Welt stehen.“ . Lithium-Eisenphosphat-Batterien werden aufgrund ihrer Vorteile einer guten Sicherheit und niedrigen Kosten in großem Umfang in Personenkraftwagen, Personenkraftwagen, Logistikfahrzeugen, Elektrofahrzeugen mit niedriger Geschwindigkeit usw. verwendet. Beeinflusst durch die Politik nehmen ternäre Batterien mit dem Vorteil der Energiedichte eine dominierende Stellung ein, aber Lithium-Eisenphosphat-Batterien haben immer noch unersetzliche Vorteile in Pkw, Logistikfahrzeugen und anderen Bereichen. Im Bereich Personenkraftwagen machten Lithium-Eisenphosphat-Batterien etwa 76 %, 81 %, 78 % der 5., 6. und 7. Charge des „Katalogs empfohlener Modelle für die Förderung und Anwendung von Fahrzeugen mit neuer Energie“ (im Folgenden als „Katalog“ bezeichnet) im Jahr 2018. %, wobei der Mainstream immer noch beibehalten wird. Im Bereich der Sonderfahrzeuge machten Lithium-Eisenphosphat-Batterien im Jahr 30 etwa 32 %, 40 % und 5 % der 6., 7. und 2018. Charge des „Katalogs“ aus, und der Anteil der Anwendungen hat sich sukzessive erhöht .

Yang Yusheng, ein Akademiker der Chinese Academy of Engineering, glaubt, dass die Verwendung von Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien auf dem Markt für Elektrofahrzeuge mit verlängerter Reichweite nicht nur die Sicherheit von Fahrzeugen verbessern, sondern auch die Vermarktung von Elektrofahrzeugen mit erweiterter Reichweite unterstützen kann. Eliminierung der Laufleistung, Sicherheit, des Preises und der Kosten von reinen Elektrofahrzeugen. Angst vor dem Aufladen, spätere Batterieprobleme usw. Im Zeitraum von 2007 bis 2013 haben viele Automobilhersteller Projekte für reine Elektrofahrzeuge mit größerer Reichweite gestartet.

Starten Sie die Anwendung auf der Stromversorgung

Zusätzlich zu den Eigenschaften von Power-Lithium-Batterien hat die Starter-Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie auch die Fähigkeit, sofort hohe Leistung abzugeben. Die herkömmliche Blei-Säure-Batterie wird durch eine Power-Lithium-Batterie mit einer Energie von weniger als einer Kilowattstunde ersetzt, und der herkömmliche Startermotor und Generator werden durch einen BSG-Motor ersetzt. , hat nicht nur die Funktion Leerlauf-Start-Stopp, sondern auch die Funktionen Motorabschaltung und Segeln, Segeln und Bremsenergierückgewinnung, Beschleunigungsverstärker und elektrisches Cruisen.

Anwendungen im Energiespeichermarkt

Die LiFePO4-Batterie hat eine Reihe einzigartiger Vorteile wie hohe Arbeitsspannung, hohe Energiedichte, lange Lebensdauer, geringe Selbstentladungsrate, kein Memory-Effekt, umweltfreundlicher Umweltschutz usw. und unterstützt eine stufenlose Erweiterung, die für große elektrische Geräte geeignet ist Energiespeicherung, in Erneuerbare-Energien-Kraftwerken haben gute Anwendungsperspektiven in den Bereichen sichere Netzanbindung der Stromerzeugung, Netzspitzenregulierung, dezentrale Kraftwerke, USV-Stromversorgungen und Notstromversorgungssysteme.

Laut dem neuesten Energiespeicherbericht, der kürzlich von GTM Research, einer internationalen Marktforschungsorganisation, veröffentlicht wurde, hat die Anwendung von netzseitigen Energiespeicherprojekten in China im Jahr 2018 den Verbrauch von Lithium-Eisenphosphat-Batterien weiter erhöht.

Mit dem Aufstieg des Energiespeichermarktes in den letzten Jahren haben einige Energiebatterieunternehmen das Energiespeichergeschäft aufgebaut, um neue Anwendungsmärkte für Lithium-Eisenphosphat-Batterien zu erschließen. Einerseits kann Lithiumeisenphosphat aufgrund der Eigenschaften ultralanger Lebensdauer, sicherer Verwendung, großer Kapazität und grünem Umweltschutz auf den Bereich der Energiespeicherung übertragen werden, wodurch die Wertschöpfungskette verlängert und die Etablierung gefördert wird ein neues Geschäftsmodell. Andererseits ist das Energiespeichersystem, das die Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie unterstützt, zur gängigen Wahl auf dem Markt geworden. Berichten zufolge wurde versucht, Lithium-Eisenphosphat-Batterien in Elektrobussen, Elektro-Lkw, nutzerseitiger und netzseitiger Frequenzregelung einzusetzen.

1. Sichere Netzanbindung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien wie Windkraft und Photovoltaik. Die inhärente Zufälligkeit, Unterbrechung und Volatilität der Windenergieerzeugung bestimmen, dass ihre großflächige Entwicklung unweigerlich einen erheblichen Einfluss auf den sicheren Betrieb des Stromsystems haben wird. Mit der rasanten Entwicklung der Windkraftindustrie, insbesondere der meisten Windparks in meinem Land, handelt es sich um „großflächige zentralisierte Entwicklung und Fernübertragung“, die netzgekoppelte Stromerzeugung großer Windparks stellt große Herausforderungen an die Betrieb und Steuerung großer Stromnetze.

Die photovoltaische Stromerzeugung wird durch die Umgebungstemperatur, die Intensität des Sonnenlichts und die Wetterbedingungen beeinflusst, und die photovoltaische Stromerzeugung weist die Eigenschaften zufälliger Schwankungen auf. mein Land stellt einen Entwicklungstrend von „dezentrale Entwicklung, Niederspannungszugang vor Ort“ und „großräumige Entwicklung, Mittel- und Hochspannungszugang“ vor, der höhere Anforderungen an die Spitzenregulierung des Stromnetzes und den sicheren Betrieb von Stromsystemen stellt.

Daher sind Energiespeicherprodukte mit großer Kapazität zu einem Schlüsselfaktor geworden, um den Widerspruch zwischen dem Netz und der erneuerbaren Energieerzeugung zu lösen. Das Lithium-Eisenphosphat-Batterie-Energiespeichersystem zeichnet sich durch eine schnelle Umstellung der Arbeitsbedingungen, einen flexiblen Betriebsmodus, einen hohen Wirkungsgrad, Sicherheit und Umweltschutz sowie eine starke Skalierbarkeit aus. Lokales Spannungsregelungsproblem, Verbesserung der Zuverlässigkeit der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien und Verbesserung der Stromqualität, damit erneuerbare Energien zu einer kontinuierlichen und stabilen Stromversorgung werden können. [2]

Mit der kontinuierlichen Erweiterung von Kapazität und Umfang sowie der kontinuierlichen Reife integrierter Technologie werden die Kosten von Energiespeichersystemen weiter gesenkt. Nach langfristigen Sicherheits- und Zuverlässigkeitstests sollen Lithium-Eisenphosphat-Batterie-Energiespeichersysteme in erneuerbaren Energien wie Windkraft und photovoltaischer Stromerzeugung eingesetzt werden. Es ist weit verbreitet bei der sicheren Netzanbindung der Energieerzeugung und der Verbesserung der Stromqualität.

2. Stromnetz-Spitzenregulierung. Hauptmittel der Netzspitzenregulierung sind seit jeher Pumpspeicherkraftwerke. Da das Pumpspeicherkraftwerk zwei geografisch stark eingeschränkte Stauseen, Ober- und Unterbecken, errichten muss, ist die Errichtung im Flachland nicht einfach, die Fläche groß und der Wartungsaufwand hoch. Einsatz von Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie-Energiespeichern als Ersatz für das Pumpspeicherkraftwerk, zur Bewältigung der Spitzenlast des Stromnetzes, nicht durch geografische Bedingungen begrenzt, freie Standortwahl, weniger Investitionen, weniger Flächenverbrauch, geringe Wartungskosten, wird eine wichtige Rolle bei der Spitzenregulierung des Stromnetzes spielen .

3. Verteiltes Kraftwerk.

Aufgrund der Mängel des großen Stromnetzes selbst ist es schwierig, die Anforderungen an Qualität, Effizienz, Sicherheit und Zuverlässigkeit der Stromversorgung zu gewährleisten. Für wichtige Einheiten und Unternehmen werden oft doppelte Stromversorgungen oder sogar mehrere Stromversorgungen als Backup und Schutz benötigt. Das Energiespeichersystem der Lithium-Eisenphosphat-Batterie kann Stromausfälle aufgrund von Stromnetzausfällen und verschiedenen unerwarteten Ereignissen reduzieren oder vermeiden und eine sichere und zuverlässige Stromversorgung in Krankenhäusern, Banken, Kommando- und Kontrollzentren, Rechenzentren, der chemischen Materialindustrie und der Präzision gewährleisten Fertigungsindustrien. Eine wichtige Rolle spielen.

4USV-Stromversorgung. Die kontinuierliche und schnelle Entwicklung der chinesischen Wirtschaft hat zu einer Dezentralisierung der Bedürfnisse der Benutzer von USV-Stromversorgungen geführt, was dazu geführt hat, dass mehr Industrien und mehr Unternehmen eine kontinuierliche Nachfrage nach USV-Stromversorgung haben.

Im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien haben Lithium-Eisenphosphat-Batterien die Vorteile einer langen Lebensdauer, Sicherheit und Stabilität, eines umweltfreundlichen Umweltschutzes und einer geringen Selbstentladungsrate. wird weit verbreitet sein.

Anwendungen in anderen Bereichen

Lithium-Eisenphosphat-Batterien werden aufgrund ihrer guten Lebensdauer, Sicherheit, Leistung bei niedrigen Temperaturen und anderen Vorteilen auch im militärischen Bereich weit verbreitet verwendet. Am 10. Oktober 2018 hatte ein Batterieunternehmen in Shandong einen starken Auftritt auf der ersten Qingdao Military-Civilian Integration Technology Innovation Achievement Exhibition und stellte militärische Produkte aus, darunter -45℃ militärische Ultratieftemperaturbatterien.

Lithium-Eisenphosphat-Batterie-Energiespeichersystem

Die LiFePO4-Batterie hat eine Reihe einzigartiger Vorteile wie hohe Arbeitsspannung, hohe Energiedichte, lange Lebensdauer, umweltfreundlicher Umweltschutz usw. und unterstützt eine stufenlose Erweiterung und kann nach Bildung eines Energiespeichers für die Speicherung elektrischer Energie in großem Maßstab verwendet werden System. Das Energiespeichersystem der Lithium-Eisenphosphat-Batterie besteht aus einem Lithium-Eisenphosphat-Batteriepack, einem Batteriemanagementsystem (BMS), einem Umrichtergerät (Gleichrichter, Wechselrichter), einem zentralen Überwachungssystem und einem Transformator.

In der Ladephase lädt die intermittierende Stromversorgung oder das Stromnetz das Energiespeichersystem auf, und der Wechselstrom wird durch den Gleichrichter in Gleichstrom gleichgerichtet, um das Energiespeicherbatteriemodul zu laden und Energie zu speichern; In der Entladephase entlädt sich das Energiespeichersystem in das Stromnetz oder die Last und das Energiespeicherbatteriemodul. Der Gleichstrom des Wechselrichters wird durch den Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, und die Wechselrichterausgabe wird vom zentralen Überwachungssystem gesteuert , die eine stabile Leistungsabgabe an das Netz oder die Last liefern können.

Echelon-Nutzung von Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien

Im Allgemeinen hat die ausgemusterte Lithium-Eisenphosphat-Batterie von Elektrofahrzeugen noch fast 80 % der Kapazität übrig, und es gibt noch 20 % der Kapazität von der Untergrenze von 60 % vollständig verschrotteter Kapazität, die bei Gelegenheiten mit geringerer Kapazität verwendet werden kann Leistungsanforderungen als Autos, wie z. B. Elektrofahrzeuge mit niedriger Geschwindigkeit, Kommunikationsbasisstationen usw., um die Kaskadennutzung von Abfallbatterien zu realisieren. Aus Automobilen ausgemusterte Lithium-Eisenphosphat-Batterien haben immer noch einen hohen Gebrauchswert. Der Kaskadennutzungsprozess von Power-Batterien sieht wie folgt aus: Unternehmensrecycling ausgemusterter Batterien – Demontage – Prüfung und Einstufung – Sortierung nach Kapazität – Reorganisation der Batteriemodule. Auf der Ebene der Batterievorbereitung kann die Restenergiedichte der Lithium-Eisenphosphat-Altbatterie 60 bis 90 Wh/kg erreichen, und die Recyclinglebensdauer kann 400 bis 1000 Mal erreichen. Mit der Verbesserung des Batterievorbereitungsniveaus kann die Wiederverwertungslebensdauer weiter verbessert werden. Im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien mit einer Zyklenlebensdauer von 45 Wh/kg und einer Zyklenlebensdauer von etwa 500 Mal haben gebrauchte Lithium-Eisenphosphat-Batterien immer noch Leistungsvorteile. Darüber hinaus sind die Kosten für gebrauchte Lithium-Eisenphosphat-Batterien niedrig, nur 4000 bis 10000 Yuan/t, was sehr wirtschaftlich ist.

Recyclingeigenschaften von Lithium-Eisenphosphat-Batterien

Schnelles Wachstum und großer Ausschuss

Seit der Entwicklung der Elektrofahrzeugindustrie hat sich China zum weltweit größten Verbrauchermarkt für Lithiumeisenphosphat entwickelt. Insbesondere von 2012 auf 2013 betrug die Wachstumsrate fast 200 %. Im Jahr 2013 betrug das Verkaufsvolumen von Lithiumeisenphosphat in China etwa 5797 t, was mehr als 50 % des weltweiten Umsatzes ausmacht.

2014 wurden 75 % der Lithium-Eisenphosphat-Kathodenmaterialien nach China verkauft. Die theoretische Lebensdauer von Lithium-Eisenphosphat-Batterien beträgt 7 bis 8 Jahre (berechnet in 7 Jahren). Es wird erwartet, dass bis 9400 etwa 2021 t Lithiumeisenphosphat verschrottet werden. Wenn die riesige Abfallmenge nicht behandelt wird, bringt dies nicht nur Umweltverschmutzung, sondern auch Energieverschwendung und wirtschaftliche Verluste mit sich.

Erheblicher Schaden

LiPF6, organische Karbonate, Kupfer und andere chemische Substanzen, die in Lithium-Eisenphosphat-Batterien enthalten sind, sind in der nationalen Liste gefährlicher Abfälle aufgeführt. LiPF6 ist stark korrosiv und zersetzt sich leicht unter Bildung von HF bei Kontakt mit Wasser; organische Lösungsmittel und ihre Zersetzungs- und Hydrolyseprodukte verursachen eine ernsthafte Verschmutzung der Atmosphäre, des Wassers, des Bodens und schädigen das Ökosystem; Schwermetalle wie Kupfer reichern sich in der Umwelt an und schließlich werden Menschen durch die biologische Kette geschädigt; Sobald Phosphor in Seen und andere Gewässer gelangt, kann es sehr leicht zu einer Eutrophierung von Gewässern kommen. Es ist ersichtlich, dass, wenn die ausrangierten Lithium-Eisenphosphat-Batterien nicht recycelt werden, die Umwelt und die menschliche Gesundheit stark geschädigt werden.

Recycling-Technologie ist unausgereift

Die vorhandenen Daten zeigen, dass das Recycling von Alt-Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien in zwei Arten unterteilt wird: Zum einen die Rückgewinnung von Metallen und zum anderen die Regenerierung von Lithium-Eisen-Phosphat-Kathodenmaterialien.

(1) Nassrückgewinnung von Lithium und Eisen

Diese Art von Verfahren dient hauptsächlich der Rückgewinnung von Lithium. Da Lithiumeisenphosphat keine Edelmetalle enthält, wird der Rückgewinnungsprozess von Lithiumcobaltat modifiziert. Zuerst wird die Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie zerlegt, um ein positives Elektrodenmaterial zu erhalten, das zerkleinert und gesiebt wird, um Pulver zu erhalten; dann wird dem Pulver eine alkalische Lösung zugesetzt, um Aluminium und Aluminiumoxide aufzulösen, und filtriert, um einen Filterrückstand zu erhalten, der Lithium, Eisen usw. enthält; der Filterrückstand wird verwendet Die gemischte Lösung aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid (Reduktionsmittel) wird ausgelaugt, um eine Auslaugungslösung zu erhalten; Zugabe von Alkali, um Eisenhydroxid auszufällen, und Filtrieren, um Filtrat zu erhalten; Brennen von Eisenhydroxid, um Eisenoxid zu erhalten; schließlich Einstellen des pH-Werts der Auslaugungslösung (5.0 ~ 8.0), Filtrieren Das Filtrat wird aus der Auslaugungslösung erhalten, und festes Natriumcarbonat wird zum Konzentrieren und Kristallisieren zugesetzt, um Lithiumcarbonat zu erhalten.

(2) Regeneriertes Lithiumeisenphosphat

Die Einzelgewinnung eines bestimmten Elements macht den wirtschaftlichen Nutzen der edelmetallfreien Gewinnung von Lithiumeisenphosphat relativ gering. Daher wird die Festphasen-Regeneration von Lithium-Eisen-Phosphat hauptsächlich zur Behandlung von Lithium-Eisen-Phosphat-Altbatterien verwendet. Dieser Prozess hat hohe Rückgewinnungsvorteile und eine hohe umfassende Ressourcennutzungsrate.

Zuerst wird die Lithium-Eisen-Phosphat-Batterie zerlegt, um das positive Elektrodenmaterial zu erhalten, das zerkleinert und gesiebt wird, um Pulver zu erhalten; danach werden der restliche Graphit und das Bindemittel durch Wärmebehandlung entfernt, und dann wird die alkalische Lösung zu dem Pulver gegeben, um Aluminium und Aluminiumoxide aufzulösen; Lithium, Eisen etc. enthaltender Filterrückstand, Molverhältnis von Eisen, Lithium und Phosphor im Filterrückstand analysieren, Eisenquelle, Lithiumquelle und Phosphorquelle zugeben, Molverhältnis von Eisen, Lithium und Phosphor auf 1:1 einstellen: 1; Kohlenstoffquelle hinzufügen. Nach dem Kugelmahlen wird das neue Lithiumeisenphosphat-Kathodenmaterial durch Kalzinieren in einer inerten Atmosphäre erhalten.

Unvollständiges Recyclingsystem

Der nationale „863“-Plan, der „973“-Plan und der „Eleventh Five-Year“-Entwicklungsplan für die Hightech-Industrie klassifizieren alle Lithium-Eisenphosphat-Batterien als wichtige Unterstützungsbereiche, aber die technischen Anforderungen an die Batterieproduktion sind relativ streng, was zu hohen Batteriepreisen führt . Auf Elektromotorrädern und einer kleinen Anzahl von Autos. Daher wurden Fahrzeugbatterien noch nicht in großen Mengen verschrottet und ein systematisches und professionelles Recyclingsystem für Fahrzeugbatterien wurde noch nicht etabliert. Das bestehende Recyclingsystem weist bestimmte Probleme auf, und die Recyclingeffizienz ist gering.

Dieses Problem wird hauptsächlich durch die folgenden Aspekte verursacht:

(1) Weniger wiederverwertbare Menge

Eine große Anzahl gebrauchter Batterien ist in den Händen der Menschen verstreut, aber die Menschen haben keinen Platz, um sie hineinzulegen, also werden sie zusammen mit dem Hausmüll entsorgt, so dass die von Einzelpersonen zurückgewonnenen Altbatterien fast null sind, und die meisten der recycelten Batterien fallen im Produktionsprozess der Produktionsbetriebe als Schrott oder Altmaterial auf Lager an, die Zahl der zurückgewonnenen Großbatterien ist noch geringer.

(2) Das Recyclingsystem ist nicht perfekt

Ein System zum Recycling von Batterien hat sich in China noch nicht etabliert, und es handelt sich hauptsächlich um die umfangreiche Sammlung kleiner Werkstätten. Mein Land ist ein bedeutender Produzent und Verbraucher von Lithium-Ionen-Batterien, aber aufgrund seiner großen Bevölkerung ist der Batteriebesitz pro Kopf relativ gering. Lange Zeit haben Recyclingunternehmen keine einzelnen Lithium-Ionen-Akkus recycelt, die keinen Recyclingwert hatten.

(3) Hohe Eintrittsbarrieren

Wenn ein Unternehmen gebrauchte Batterien recyceln und entsorgen möchte, muss es eine Gewerbeerlaubnis für gefährliche Abfälle gemäß dem „Umweltschutzgesetz der Volksrepublik China“ und den „Administrative Measures for Hazardous Waste Experience Permits“ beantragen. Im Gegenteil, es gibt eine Vielzahl von Kleinst- und Low-Tech-Unternehmen, die das Problem verursachen, dass Batterien nicht zentral gesammelt werden können.

(4) Hohe Wiederherstellungskosten

Eine große Anzahl von Lithium-Eisenphosphat-Materialien wird in der positiven Elektrode von Strom- oder Energiespeicherbatterien verwendet, und die Nachfrage ist weitaus größer als die von gewöhnlichen kleinen Batterien. Sie zu recyceln hat einen hohen sozialen Wert, aber die Recyclingkosten sind hoch, und Lithium-Eisenphosphat-Batterien enthalten keine wertvollen Metalle mit geringem wirtschaftlichem Wert.

(5) Schwaches Recyclingbewusstsein

Lange Zeit gab es in meinem Land wenig Öffentlichkeitsarbeit und Aufklärung über das Recycling gebrauchter Batterien, was zu einem Mangel an tiefgreifendem Verständnis der Bürger für die Verschmutzungsgefahren durch gebrauchte Batterien und zu keinem Bewusstsein für bewusstes Recycling führte.

Rückbau und Recycling von Lithium-Eisenphosphat-Batterien

Batterien, die keinen Kaskadennutzungswert in ausgemusterten Lithium-Eisenphosphat-Batterien und Batterien nach Kaskadennutzung haben, werden schließlich in die Demontage- und Recyclingphase eintreten. Der Unterschied zwischen Lithium-Eisenphosphat-Batterien und Batterien aus ternären Materialien besteht darin, dass sie keine Schwermetalle enthalten und die Rückgewinnung hauptsächlich aus Li, P und Fe besteht. Der Mehrwert der zurückgewonnenen Produkte ist gering, und es muss ein kostengünstiger Rückgewinnungsweg entwickelt werden. Es gibt hauptsächlich zwei Recyclingmethoden: Feuermethode und Nassmethode.

Brandwiederherstellungsprozess

Die herkömmliche Brandrückgewinnung ist im Allgemeinen die Hochtemperaturverbrennung von Elektrodenblechen, die den Kohlenstoff und die organischen Stoffe in den Elektrodenfragmenten verbrennt, und die verbleibende Asche, die nicht verbrannt werden kann, wird schließlich gesiebt, um feine Pulvermaterialien zu erhalten, die Metalle und Metalloxide enthalten. Der Prozess dieses Verfahrens ist einfach, aber der Behandlungsprozess ist langwierig und die umfassende Rückgewinnungsrate wertvoller Metalle ist gering. Die verbesserte Brandrückgewinnungstechnologie entfernt das organische Bindemittel durch Kalzinierung, trennt das Lithium-Eisen-Phosphat-Pulver von der Aluminiumfolie und erhält das Lithium-Eisen-Phosphat-Material und fügt dann eine angemessene Menge an Rohmaterialien hinzu, um das erforderliche Lithium, Eisen und Phosphor zu erhalten . Molverhältnis wurde ein neues Lithium-Eisen-Phosphat durch ein Hochtemperatur-Festphasenverfahren synthetisiert. Gemäß Kostenschätzungen kann das verbesserte Pyro-Trocken-Recycling von gebrauchten Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien profitabel sein, aber das neu hergestellte Lithium-Eisen-Phosphat gemäß diesem Recyclingverfahren weist viele Verunreinigungen und eine instabile Leistung auf.

Nassrecyclingverfahren

Die Nassrückgewinnung besteht hauptsächlich darin, die Metallionen in der Lithium-Eisenphosphat-Batterie durch eine Säure-Base-Lösung aufzulösen und die gelösten Metallionen in Form von Oxiden und Salzen durch Ausfällung, Adsorption usw. zu extrahieren. Die meisten Reaktionsverfahren verwenden H2SO4, NaOH und Reagenzien wie H2O2. Das Nassrecyclingverfahren ist einfach, die Anforderungen an die Ausrüstung sind nicht hoch und es ist für die Produktion im industriellen Maßstab geeignet.

Das Nassrecycling von Lithium-Eisenphosphat-Batterien basiert hauptsächlich auf dem Recycling positiver Elektroden. Wenn die positive Elektrode aus Lithiumeisenphosphat durch das Nassverfahren wiedergewonnen wird, muss der Aluminiumfolien-Stromkollektor zuerst von dem aktiven Material der positiven Elektrode getrennt werden. Eines der Verfahren besteht darin, Lauge zu verwenden, um den Stromkollektor aufzulösen, und das aktive Material reagiert nicht mit der Lauge, und das aktive Material kann durch Filtration erhalten werden. Das zweite Verfahren besteht darin, das Bindemittel PVDF mit einem organischen Lösungsmittel aufzulösen, so dass das positive Lithiumeisenphosphat-Elektrodenmaterial von der Aluminiumfolie getrennt wird, die Aluminiumfolie wiederverwendet wird, das aktive Material einer Nachbehandlung unterzogen werden kann, und das organische Lösungsmittel kann destilliert werden, um sein Recycling zu realisieren. Im Vergleich zu den beiden Methoden ist die zweite Methode umweltfreundlicher und sicherer. Eine der Gewinnungen von Lithiumeisenphosphat in der positiven Elektrode ist die Erzeugung von Lithiumcarbonat. Dieses Recyclingverfahren ist kostengünstig und wird von den meisten Recyclingunternehmen für Lithiumeisenphosphat übernommen. Eisenphosphat (Gehalt 95%), der Hauptbestandteil von Lithiumeisenphosphat, wurde jedoch nicht recycelt, was zu einer Verschwendung von Ressourcen führt.

Die ideale Nassrückgewinnungsmethode besteht darin, Lithium-Eisenphosphat-Kathodenabfallmaterialien in Lithiumsalze und Eisenphosphate umzuwandeln, um eine vollständige Elementrückgewinnung von Li, Fe und P zu erreichen. Um Lithiumeisenphosphat in Lithiumsalz und Eisenphosphat umzuwandeln, wird Eiseneisen benötigt zu Eisen(III) oxidiert werden, und Lithium wird durch Säurelaugung oder Alkalilaugung ausgelaugt. Einige Gelehrte verwenden oxidative Kalzinierung, um Aluminiumflocken und Lithiumeisenphosphat zu trennen, und dann Auslaugen und Trennen mit Schwefelsäure, um rohes Eisenphosphat zu erhalten, und die Lösung wird mit Natriumcarbonat dekontaminiert, um Lithiumcarbonat auszufällen. das Filtrat wird eingedampft und kristallisiert, um wasserfreies Natriumsulfatprodukt zu erhalten und als Nebenprodukt verkauft; Das Roheisenphosphat wird weiter raffiniert, um Eisenphosphat in Batteriequalität zu erhalten, das für die Herstellung von Lithium-Eisenphosphat-Materialien verwendet werden kann. Dieses Verfahren ist nach Jahren der Forschung relativ ausgereift.

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