La batería de fosfato de hierro y litio es una batería de iones de litio que utiliza fosfato de hierro y litio (LiFePO4) como material del electrodo positivo y carbono como material del electrodo negativo.
Durante el proceso de carga, algunos de los iones de litio en el fosfato de hierro y litio se extraen, se transfieren al electrodo negativo a través del electrolito y se incrustan en el material de carbono del electrodo negativo; al mismo tiempo, se liberan electrones del electrodo positivo y llegan al electrodo negativo del circuito externo para mantener el equilibrio de la reacción química. Durante el proceso de descarga, los iones de litio salen del electrodo negativo y llegan al electrodo positivo a través del electrolito. Al mismo tiempo, el electrodo negativo libera electrones y llega al electrodo positivo del circuito externo para proporcionar energía al mundo exterior.
Nombre chino: 磷酸铁锂电池
Nombre extranjero: batería de fosfato de hierro y litio
Abreviatura: LIFEPO4
Electrodo positivo: fosfato de hierro y litio
Electrodo Negativo: Carbono (Grafito)
Voltaje nominal: carga de 3.2 V
Voltaje de corte: 3.6 V ~ 3.65 V
Ventajas: alto voltaje de trabajo, alta densidad de energía, larga vida útil, buen rendimiento de seguridad, baja tasa de autodescarga, sin efecto memoria
Introducción a la batería de fosfato de hierro y litio
En la estructura cristalina de LiFePO4, los átomos de oxígeno están dispuestos en una disposición compacta hexagonal.
Los tetraedros PO43 y los octaedros FeO6 constituyen el esqueleto espacial del cristal, Li y Fe ocupan los vacíos octaédricos, mientras que P ocupa los vacíos tetraédricos, en los que Fe ocupa las posiciones de esquina compartida del octaedro y Li ocupa las posiciones de borde compartido del octaedro. Los octaedros de FeO6 están conectados entre sí en el plano bc del cristal, y las estructuras octaédricas de LiO6 en la dirección del eje b están conectadas entre sí en una estructura similar a una cadena. 1 octaedro de FeO6 comparte aristas con 2 octaedros de LiO6 y 1 tetraedro de PO43.
Debido a la discontinuidad de la red octaédrica de borde compartido de FeO6, no se puede formar la conducción electrónica; al mismo tiempo, el tetraedro PO43 limita el cambio de volumen de la red, lo que afecta la desintercalación y la difusión de electrones de Li+, lo que da como resultado la conductividad electrónica y la difusión de iones del material del cátodo LiFePO4. Muy ineficiente.
La capacidad específica teórica de la batería LiFePO4 es alta (alrededor de 170 mAh/g) y la plataforma de descarga es de 3.4 V. Li+ se desintercala de un lado a otro entre los electrodos positivo y negativo para realizar la carga y la descarga. Durante la carga, se produce una reacción de oxidación, el Li+ migra desde el electrodo positivo y se incrusta en el electrodo negativo a través del electrolito. El hierro cambia de Fe2+ a Fe3+ y se produce una reacción de oxidación.
Características estructurales de la batería de fosfato de hierro y litio
El lado izquierdo de la batería de fosfato de hierro y litio es un electrodo positivo compuesto por un material de estructura olivina LiFePO4, que está conectado al electrodo positivo de la batería mediante una lámina de aluminio. A la derecha está el electrodo negativo de la batería compuesto de carbono (grafito), que está conectado al electrodo negativo de la batería mediante una lámina de cobre. En el medio hay un separador de polímero, que separa los electrodos positivo y negativo, a través del cual pueden pasar los iones de litio pero no los electrones. El interior de la batería está lleno de electrolito y la batería está sellada herméticamente por una carcasa de metal.
La reacción de carga-descarga de la batería de fosfato de hierro y litio se lleva a cabo entre las dos fases de LiFePO4 y FePO4. Durante el proceso de carga, LiFePO4 se separa gradualmente de los iones de litio para formar FePO4, y durante el proceso de descarga, los iones de litio se intercalan en FePO4 para formar LiFePO4.
El principio de carga y descarga de la batería de fosfato de hierro y litio
Cuando la batería está cargada, los iones de litio migran del cristal de fosfato de hierro y litio a la superficie del cristal, ingresan al electrolito bajo la acción de la fuerza del campo eléctrico, luego pasan a través del separador y luego migran a la superficie del cristal de grafito a través del electrolito, y luego incrustar en la red de grafito.
Al mismo tiempo, los electrones fluyen al colector de lámina de aluminio del electrodo positivo a través del conductor, fluyen al colector de lámina de cobre del electrodo negativo de la batería a través de la lengüeta, el polo positivo de la batería, el circuito externo, el polo negativo y el polo negativo, y luego fluir al polo negativo de grafito a través del conductor. , para que la carga del electrodo negativo alcance un equilibrio. Después de que los iones de litio se desintercalen del fosfato de hierro y litio, el fosfato de hierro y litio se convierte en fosfato de hierro.
Cuando la batería se descarga, los iones de litio se desintercalan del cristal de grafito, ingresan al electrolito y luego pasan a través del separador, migran a la superficie del cristal de fosfato de hierro y litio a través del electrolito y luego se reinsertan en la red del fosfato de hierro y litio.
Al mismo tiempo, los electrones fluyen al colector de lámina de cobre del electrodo negativo a través del conductor, y fluyen al colector de lámina de aluminio del electrodo positivo de la batería a través de la lengüeta, el polo negativo de la batería, el circuito externo, el polo positivo y el polo positivo, y luego fluyen al fosfato de hierro a través del conductor. El electrodo positivo de litio equilibra la carga del electrodo positivo. Después de que los iones de litio se intercalan en el cristal de fosfato de hierro, el fosfato de hierro se convierte en fosfato de hierro y litio.
Características de la batería LiFePO4
mayor densidad de energía
Según los informes, la densidad de energía de la batería de fosfato de hierro y litio con carcasa de aluminio cuadrada producida en masa en 2018 es de aproximadamente 160 Wh/kg. En 2019, algunos excelentes fabricantes de baterías probablemente puedan alcanzar el nivel de 175-180 Wh/kg. La tecnología y la capacidad del chip se hacen más grandes, o se pueden lograr 185 Wh/kg.
buen rendimiento de seguridad
El rendimiento electroquímico del material del cátodo de la batería de fosfato de hierro y litio es relativamente estable, lo que determina que tenga una plataforma de carga y descarga estable. Por lo tanto, la estructura de la batería no cambiará durante el proceso de carga y descarga, y no se quemará ni explotará. Todavía es muy seguro bajo condiciones especiales como carga, compresión y acupuntura.
ciclo de vida largo
El ciclo de vida 1C de las baterías de fosfato de hierro y litio generalmente alcanza 2,000 veces, o incluso más de 3,500 veces, mientras que el mercado de almacenamiento de energía requiere más de 4,000-5,000 veces, lo que garantiza una vida útil de 8 a 10 años, que es superior a 1,000 ciclos. de baterías ternarias. El ciclo de vida de las baterías de plomo-ácido de larga duración es de unas 300 veces.
Síntesis de LiFePO4
El proceso de síntesis de fosfato de hierro y litio se ha perfeccionado básicamente y se divide principalmente en método de fase sólida y método de fase líquida. Entre ellos, el método de reacción en fase sólida a alta temperatura es el más utilizado, y algunos investigadores combinan el método de síntesis de microondas en el método de fase sólida y el método de síntesis hidrotermal en el método de fase líquida: el método hidrotermal de microondas.
Además, los métodos de síntesis de fosfato de hierro y litio también incluyen el método biónico, el método de secado por enfriamiento, el método de secado por emulsificación, el método de deposición por láser pulsado, etc. Al elegir diferentes métodos, la síntesis de productos con un tamaño de partícula pequeño y un buen rendimiento de dispersión puede acortar efectivamente la difusión. camino de Li+, el área de contacto entre las dos fases aumenta y la velocidad de difusión de Li+ aumenta.
Aplicación industrial de la batería de fosfato de hierro y litio.
Aplicación de la industria de vehículos de nueva energía.
El "Plan de desarrollo de la industria de vehículos de nueva energía y ahorro de energía" de China propone que "el objetivo general del desarrollo de vehículos de nueva energía es: para 2020, la producción acumulada y las ventas de vehículos de nueva energía alcanzarán los 5 millones de unidades, y la escala de energía- La industria de vehículos de ahorro y energía nueva estará a la vanguardia del mundo”. . Las baterías de fosfato de hierro y litio se usan ampliamente en automóviles de pasajeros, automóviles de pasajeros, vehículos logísticos, vehículos eléctricos de baja velocidad, etc. debido a sus ventajas de buena seguridad y bajo costo. Influenciadas por la política, las baterías ternarias ocupan una posición dominante con la ventaja de la densidad de energía, pero las baterías de fosfato de hierro y litio aún ocupan ventajas insustituibles en automóviles de pasajeros, vehículos de logística y otros campos. En el ámbito de los turismos, las baterías de fosfato de hierro y litio representaron alrededor del 76%, 81%, 78% de los lotes 5, 6 y 7 del “Catálogo de Modelos Recomendados para la Promoción y Aplicación de Vehículos de Nuevas Energías” (en adelante referido como el "Catálogo") en 2018. %, aún manteniendo la corriente principal. En el campo de los vehículos especiales, las baterías de fosfato de hierro y litio representaron alrededor del 30 %, 32 % y 40 % de los lotes 5, 6 y 7 del “Catálogo” en 2018, respectivamente, y la proporción de aplicaciones ha aumentado gradualmente. .
Yang Yusheng, académico de la Academia de Ingeniería de China, cree que el uso de baterías de fosfato de hierro y litio en el mercado de vehículos eléctricos de autonomía extendida no solo puede mejorar la seguridad de los vehículos, sino también respaldar la comercialización de vehículos eléctricos de autonomía extendida. eliminando el kilometraje, la seguridad, el precio y el costo de los vehículos eléctricos puros. Ansiedad por la carga, posteriores problemas con la batería, etc. Durante el período 2007-2013, muchas empresas automovilísticas han lanzado proyectos de vehículos eléctricos puros de autonomía extendida.
Inicie la aplicación en el poder
Además de las características de las baterías de litio de potencia, la batería de fosfato de hierro y litio de arranque también tiene la capacidad de generar alta potencia instantáneamente. La batería de plomo-ácido tradicional se reemplaza por una batería de litio de potencia con una energía inferior a un kilovatio hora, y el motor de arranque y el generador tradicionales se reemplazan por un motor BSG. , no solo tiene la función de arranque y parada en ralentí, sino que también tiene las funciones de apagado del motor y recuperación de energía de frenado, refuerzo de aceleración y crucero eléctrico.
Aplicaciones en el mercado del almacenamiento de energía
La batería LiFePO4 tiene una serie de ventajas únicas, como alto voltaje de trabajo, alta densidad de energía, larga vida útil, baja tasa de autodescarga, sin efecto memoria, protección ambiental ecológica, etc., y admite una expansión continua, adecuada para electricidad a gran escala. El almacenamiento de energía, en las centrales eléctricas de energía renovable tiene buenas perspectivas de aplicación en los campos de la conexión segura a la red de generación de energía, la regulación máxima de la red eléctrica, las centrales eléctricas distribuidas, las fuentes de alimentación UPS y los sistemas de suministro de energía de emergencia.
Según el último informe de almacenamiento de energía publicado recientemente por GTM Research, una organización internacional de investigación de mercado, la aplicación de proyectos de almacenamiento de energía en la red en China en 2018 siguió aumentando el consumo de baterías de fosfato de hierro y litio.
Con el auge del mercado de almacenamiento de energía, en los últimos años, algunas compañías de baterías eléctricas han implementado negocios de almacenamiento de energía para abrir nuevos mercados de aplicaciones para baterías de fosfato de hierro y litio. Por un lado, debido a las características de vida ultralarga, uso seguro, gran capacidad y protección ambiental ecológica, el fosfato de hierro y litio se puede transferir al campo del almacenamiento de energía, lo que ampliará la cadena de valor y promoverá el establecimiento de un nuevo modelo de negocio. Por otro lado, el sistema de almacenamiento de energía que soporta la batería de fosfato de hierro y litio se ha convertido en la opción principal del mercado. Según los informes, se ha intentado utilizar baterías de fosfato de hierro y litio en autobuses eléctricos, camiones eléctricos, regulación de frecuencia del lado del usuario y del lado de la red.
1. Conexión segura a la red de generación de energía renovable, como la generación de energía eólica y la generación de energía fotovoltaica. La aleatoriedad, la intermitencia y la volatilidad inherentes a la generación de energía eólica determinan que su desarrollo a gran escala inevitablemente tendrá un impacto significativo en la operación segura del sistema eléctrico. Con el rápido desarrollo de la industria de la energía eólica, especialmente la mayoría de los parques eólicos en mi país son "desarrollo centralizado a gran escala y transmisión a larga distancia", la generación de energía conectada a la red de parques eólicos a gran escala plantea graves desafíos para el operación y control de grandes redes eléctricas.
La generación de energía fotovoltaica se ve afectada por la temperatura ambiente, la intensidad de la luz solar y las condiciones climáticas, y la generación de energía fotovoltaica presenta las características de fluctuaciones aleatorias. mi país presenta una tendencia de desarrollo de “desarrollo descentralizado, acceso in situ de baja tensión” y “desarrollo a gran escala, acceso de media y alta tensión”, que plantea mayores requisitos para la regulación de picos de la red eléctrica y la operación segura de los sistemas eléctricos.
Por lo tanto, los productos de almacenamiento de energía de gran capacidad se han convertido en un factor clave para resolver la contradicción entre la red y la generación de energía renovable. El sistema de almacenamiento de energía de la batería de fosfato de hierro y litio tiene las características de conversión rápida de las condiciones de trabajo, modo de operación flexible, alta eficiencia, seguridad y protección del medio ambiente, y gran escalabilidad. Problema de control de voltaje local, mejorar la confiabilidad de la generación de energía renovable y mejorar la calidad de la energía, para que la energía renovable pueda convertirse en un suministro de energía continuo y estable. [2]
Con la expansión continua de capacidad y escala, y la madurez continua de la tecnología integrada, el costo de los sistemas de almacenamiento de energía se reducirá aún más. Después de las pruebas de seguridad y confiabilidad a largo plazo, se espera que los sistemas de almacenamiento de energía de baterías de fosfato de hierro y litio se utilicen en energías renovables, como la energía eólica y la generación de energía fotovoltaica. Ha sido ampliamente utilizado en la conexión segura a la red de generación de energía y la mejora de la calidad de la energía.
2. Regulación de picos de la red eléctrica. El principal medio de regulación de los picos de la red eléctrica siempre han sido las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo. Debido a que la central eléctrica de almacenamiento por bombeo necesita construir dos depósitos, el superior y el inferior, que están muy restringidos por las condiciones geográficas, no es fácil de construir en el área plana, el área es grande y el costo de mantenimiento es alto. El uso del sistema de almacenamiento de energía de la batería de fosfato de hierro y litio para reemplazar la central eléctrica de almacenamiento por bombeo, para hacer frente a la carga máxima de la red eléctrica, no limitado por las condiciones geográficas, selección de sitio libre, menos inversión, menos ocupación de la tierra, bajo costo de mantenimiento, jugará un papel importante en el proceso de regulación de los picos de la red eléctrica.
3. Central eléctrica distribuida.
Debido a los defectos de la gran red eléctrica en sí, es difícil garantizar los requisitos de calidad, eficiencia, seguridad y confiabilidad del suministro de energía. Para unidades y empresas importantes, a menudo se requieren fuentes de alimentación dobles o incluso fuentes de alimentación múltiples como respaldo y protección. El sistema de almacenamiento de energía de la batería de fosfato de hierro y litio puede reducir o evitar cortes de energía causados por fallas en la red eléctrica y varios eventos inesperados, y garantizar un suministro de energía seguro y confiable en hospitales, bancos, centros de comando y control, centros de procesamiento de datos, industrias de materiales químicos y precisión. industrias manufactureras. Juega un papel importante.
Fuente de alimentación 4UPS. El continuo y rápido desarrollo de la economía de China ha llevado a la descentralización de las necesidades de los usuarios de suministro de energía UPS, lo que ha provocado que más industrias y más empresas tengan una demanda continua de suministro de energía UPS.
En comparación con las baterías de plomo-ácido, las baterías de fosfato de hierro y litio tienen las ventajas de un ciclo de vida prolongado, seguridad y estabilidad, protección ambiental ecológica y baja tasa de autodescarga. será ampliamente utilizado.
Aplicaciones en otros campos.
Las baterías de fosfato de hierro y litio también se usan ampliamente en el campo militar debido a su buen ciclo de vida, seguridad, rendimiento a baja temperatura y otras ventajas. El 10 de octubre de 2018, una compañía de baterías en Shandong hizo una fuerte aparición en la primera Exposición de Logros en Innovación Tecnológica de Integración Militar-Civil de Qingdao, y exhibió productos militares que incluyen baterías militares de temperatura ultrabaja de -45 ℃.
Sistema de almacenamiento de energía de batería de fosfato de hierro y litio
La batería LiFePO4 tiene una serie de ventajas únicas, como alto voltaje de trabajo, alta densidad de energía, ciclo de vida prolongado, protección ambiental ecológica, etc., admite una expansión continua y puede usarse para el almacenamiento de energía eléctrica a gran escala después de formar un almacenamiento de energía. sistema. El sistema de almacenamiento de energía de la batería de fosfato de hierro y litio consta de un paquete de baterías de fosfato de hierro y litio, un sistema de gestión de baterías (BMS), un dispositivo convertidor (rectificador, inversor), un sistema de control central y un transformador.
En la etapa de carga, la fuente de alimentación intermitente o la red eléctrica carga el sistema de almacenamiento de energía, y la corriente alterna se rectifica en corriente continua a través del rectificador para cargar el módulo de batería de almacenamiento de energía y almacenar energía; en la etapa de descarga, el sistema de almacenamiento de energía se descarga a la red eléctrica o a la carga, y el módulo de batería de almacenamiento de energía La potencia de CC del inversor se convierte en potencia de CA a través del inversor, y la salida del inversor es controlada por el sistema de monitoreo central , que puede proporcionar una salida de energía estable a la red o carga.
Utilización escalonada de la batería de fosfato de hierro y litio
En términos generales, la batería de fosfato de hierro y litio retirada de los vehículos eléctricos todavía tiene casi el 80% de la capacidad restante, y todavía hay un 20% de la capacidad del límite inferior del 60% de capacidad completamente desechada, que se puede utilizar en ocasiones con menor requisitos de energía que los automóviles, como vehículos eléctricos de baja velocidad, estaciones base de comunicación, etc., para realizar la utilización en cascada de baterías de desecho. Las baterías de fosfato de hierro y litio retiradas de los automóviles todavía tienen un alto valor de utilización. El proceso de utilización en cascada de la batería de energía es el siguiente: reciclaje empresarial de la batería retirada, desmantelamiento, prueba y clasificación, clasificación por capacidad, reorganización del módulo de la batería. En el nivel de preparación de la batería, la densidad de energía residual de la batería de fosfato de hierro y litio residual puede alcanzar 60~90Wh/kg, y la vida útil de reciclaje puede alcanzar 400~1000 veces. Con la mejora del nivel de preparación de la batería, la vida útil del reciclaje puede mejorar aún más. En comparación con las baterías de plomo-ácido con un ciclo de vida de 45 Wh/kg y un ciclo de vida de aproximadamente 500 veces, las baterías de fosfato de hierro y litio de desecho aún tienen ventajas de rendimiento. Además, el costo de las baterías de fosfato de hierro y litio de desecho es bajo, solo 4000~10000 yuanes/t, lo cual es muy económico.
Características de reciclaje de las baterías de fosfato de hierro y litio
Crecimiento rápido y chatarra grande
Desde el desarrollo de la industria de los vehículos eléctricos, China se ha convertido en el mercado de consumo de fosfato de hierro y litio más grande del mundo. Especialmente de 2012 a 2013, la tasa de crecimiento fue de casi el 200%. En 2013, el volumen de ventas de fosfato de hierro y litio en China fue de aproximadamente 5797 t, lo que representa más del 50 % de las ventas mundiales.
En 2014, el 75 % de los materiales catódicos de fosfato de hierro y litio se vendieron a China. La vida teórica de las baterías de fosfato de hierro y litio es de 7 a 8 años (calculada en 7 años). Se espera que alrededor de 9400 t de fosfato de hierro y litio se desechen para 2021. Si la gran cantidad de desechos no se trata, no solo generará contaminación ambiental, sino también desperdicio de energía y pérdidas económicas.
Daño significativo
El LiPF6, el carbonato orgánico, el cobre y otras sustancias químicas contenidas en las baterías de fosfato de hierro y litio figuran en la lista nacional de residuos peligrosos. LiPF6 es altamente corrosivo y se descompone fácilmente para producir HF en contacto con el agua; los solventes orgánicos y sus productos de descomposición e hidrólisis causarán una grave contaminación a la atmósfera, el agua, el suelo y dañarán el ecosistema; los metales pesados como el cobre se acumulan en el medio ambiente y, finalmente, los seres humanos se ven perjudicados a través de la cadena biológica; una vez que el fósforo ingresa a los lagos y otros cuerpos de agua, es muy fácil causar la eutrofización de los cuerpos de agua. Se puede ver que si las baterías de fosfato de hierro y litio desechadas no se reciclan, causarán un gran daño al medio ambiente y la salud humana.
La tecnología de reciclaje es inmadura
Los datos existentes muestran que el reciclaje de baterías de fosfato de hierro y litio de desecho se divide en dos tipos: uno es para recuperar metales y el otro es para regenerar materiales de cátodo de fosfato de hierro y litio.
(1) Recuperación húmeda de litio y hierro
Este tipo de proceso es principalmente para recuperar litio. Debido a que el fosfato de hierro y litio no contiene metales preciosos, se modifica el proceso de recuperación del cobaltato de litio. En primer lugar, se desmonta la batería de fosfato de hierro y litio para obtener un material de electrodo positivo, que se tritura y tamiza para obtener polvo; luego se agrega una solución alcalina al polvo para disolver el aluminio y los óxidos de aluminio, y se filtra para obtener un residuo de filtro que contiene litio, hierro, etc.; se utiliza el residuo del filtro. La solución mixta de ácido sulfúrico y peróxido de hidrógeno (agente reductor) se lixivia para obtener una solución de lixiviación; añadir álcali para precipitar el hidróxido férrico y filtrar para obtener el filtrado; quemar hidróxido férrico para obtener óxido férrico; finalmente ajustando el valor de pH de la solución de lixiviación (5.0 ~ 8.0), filtrando El filtrado se obtiene de la solución de lixiviación y se agrega carbonato de sodio sólido para concentrar y cristalizar para obtener carbonato de litio.
(2) Fosfato de hierro y litio regenerado
La única recuperación de un determinado elemento hace que el beneficio económico de la recuperación de fosfato de hierro y litio sin metales preciosos sea relativamente bajo. Por lo tanto, la regeneración en fase sólida de fosfato de hierro y litio se utiliza principalmente para tratar baterías de fosfato de hierro y litio de desecho. Este proceso tiene altos beneficios de recuperación y una alta tasa de utilización integral de los recursos.
En primer lugar, se desmonta la batería de fosfato de hierro y litio para obtener el material del electrodo positivo, que se tritura y tamiza para obtener polvo; después de eso, el grafito residual y el aglutinante se eliminan mediante tratamiento térmico, y luego se agrega la solución alcalina al polvo para disolver el aluminio y los óxidos de aluminio; Residuos del filtro que contienen litio, hierro, etc., analice la relación molar de hierro, litio y fósforo en el residuo del filtro, agregue fuente de hierro, fuente de litio y fuente de fósforo, ajuste la relación molar de hierro, litio y fósforo a 1:1: 1; agregar fuente de carbono, después de la molienda de bolas, el nuevo material de cátodo de fosfato de hierro y litio se obtiene calcinando en una atmósfera inerte.
Sistema de reciclaje incompleto
El plan nacional "863", el plan "973" y el plan de desarrollo de la industria de alta tecnología "Undécimo quinquenal" clasifican las baterías de fosfato de hierro y litio como áreas de apoyo clave, pero los requisitos técnicos para la producción de baterías son relativamente estrictos, lo que resulta en precios altos de las baterías. . En motos eléctricas y un pequeño número de coches. Por lo tanto, las baterías eléctricas de los vehículos aún no se han desechado en grandes cantidades, y aún no se ha establecido un sistema de reciclaje de baterías eléctricas de vehículos sistemático y profesional. El sistema de reciclaje existente tiene ciertos problemas y la eficiencia de reciclaje es baja.
Este problema se debe principalmente a los siguientes aspectos:
(1) Menos cantidad reciclable
Una gran cantidad de pilas usadas quedan esparcidas en las manos de la gente, pero la gente no tiene dónde depositarlas, por lo que se desechan junto con la basura doméstica, por lo que los residuos de pilas que se recuperan de las personas son casi nulos, y la mayoría de las baterías recicladas se producen en el proceso de producción de las empresas de producción Chatarra o materiales viejos en stock, la cantidad de baterías de gran potencia recuperadas es aún menor.
(2) El sistema de reciclaje no es perfecto
En China aún no se ha establecido un sistema dedicado al reciclaje de baterías, y se trata principalmente de la recolección extensiva de pequeños talleres. mi país es un importante productor y consumidor de baterías de iones de litio, pero debido a su gran población, la propiedad de baterías per cápita es relativamente pequeña. Durante mucho tiempo, las empresas de reciclaje no reciclaron baterías de iones de litio individuales que no tenían valor de reciclaje.
(3) Altas barreras de entrada
Si una empresa desea reciclar y desechar las baterías usadas, debe solicitar una licencia comercial de desechos peligrosos de acuerdo con la "Ley de protección ambiental de la República Popular China" y las "Medidas administrativas para permisos de experiencia con desechos peligrosos". Por el contrario, existe una gran cantidad de empresas de pequeña escala y baja tecnología, lo que genera el problema de que las baterías no se pueden recolectar de manera centralizada.
(4) Alto costo de recuperación
Una gran cantidad de materiales de fosfato de hierro y litio se utilizan en el electrodo positivo de las baterías de almacenamiento de energía o energía, y la demanda es mucho mayor que la de las baterías pequeñas ordinarias. Reciclarlas tiene un alto valor social, pero el costo de reciclaje es alto, y las baterías de fosfato de hierro y litio no contienen metales valiosos con bajo valor económico.
(5) Débil conciencia del reciclaje
Durante mucho tiempo, ha habido poca publicidad y educación sobre el reciclaje de baterías usadas en mi país, lo que resultó en una falta de comprensión profunda de los ciudadanos sobre los peligros de contaminación de las baterías usadas y una falta de conciencia sobre el reciclaje consciente.
Desmantelamiento y reciclaje de baterías de fosfato de hierro y litio
Las baterías que no tienen un valor de utilización en cascada en las baterías de fosfato de hierro y litio retiradas y las baterías después de la utilización en cascada eventualmente entrarán en la etapa de desmantelamiento y reciclaje. La diferencia entre las baterías de fosfato de hierro y litio y las baterías de material ternario es que no contienen metales pesados y la recuperación es principalmente Li, P y Fe. El valor agregado de los productos recuperados es bajo y se debe desarrollar una ruta de recuperación de bajo costo. Existen principalmente dos métodos de reciclaje: método de fuego y método húmedo.
Proceso de recuperación de incendios
La recuperación de fuego tradicional es generalmente la incineración a alta temperatura de láminas de electrodos, que quema el carbono y la materia orgánica en los fragmentos de electrodos, y la ceniza restante que no se puede quemar se filtra finalmente para obtener materiales en polvo fino que contienen metales y óxidos metálicos. El proceso de este método es simple, pero el proceso de tratamiento es largo y la tasa de recuperación integral de metales valiosos es baja. La tecnología mejorada de recuperación de incendios elimina el aglutinante orgánico a través de la calcinación, separa el polvo de fosfato de hierro y litio del papel de aluminio y obtiene el material de fosfato de hierro y litio, y luego agrega una cantidad adecuada de materias primas para obtener el litio, el hierro y el fósforo necesarios. . Relación molar, se sintetizó un nuevo fosfato de hierro y litio mediante un método de fase sólida a alta temperatura. Según las estimaciones de costos, el reciclaje piro-seco mejorado de las baterías de fosfato de hierro y litio puede ser rentable, pero el fosfato de hierro y litio recién preparado de acuerdo con este proceso de reciclaje tiene muchas impurezas y un rendimiento inestable.
Proceso de reciclaje húmedo
La recuperación húmeda es principalmente para disolver los iones metálicos en la batería de fosfato de hierro y litio a través de una solución de ácido-base, y luego usar precipitación, adsorción, etc. para extraer los iones metálicos disueltos en forma de óxidos y sales. La mayoría de los procesos de reacción utilizan H2SO4, NaOH y reactivos como H2O2. El proceso de reciclaje húmedo es simple, los requisitos del equipo no son altos y es adecuado para la producción a escala industrial.
El reciclaje húmedo de baterías de fosfato de hierro y litio se basa principalmente en el reciclaje de electrodos positivos. Cuando el electrodo positivo de fosfato de hierro y litio se recupera mediante el proceso húmedo, el colector de corriente de papel de aluminio debe separarse primero del material activo del electrodo positivo. Uno de los métodos es usar lejía para disolver el colector actual, y el material activo no reacciona con la lejía, y el material activo se puede obtener por filtración. El segundo método es disolver el aglutinante PVDF con un solvente orgánico, de modo que el material del electrodo positivo de fosfato de hierro y litio se separe del papel de aluminio, el papel de aluminio se reutilice, el material activo pueda someterse a un tratamiento posterior y el solvente orgánico se puede destilar para realizar su reciclaje. En comparación con los dos métodos, el segundo método es más seguro y respetuoso con el medio ambiente. Una de las recuperaciones de fosfato de hierro y litio en el electrodo positivo es generar carbonato de litio. Este método de reciclaje tiene un bajo costo y es adoptado por la mayoría de las empresas de reciclaje de fosfato de hierro y litio. Sin embargo, el fosfato de hierro (contenido del 95 %), el componente principal del fosfato de hierro y litio, no ha sido reciclado, lo que genera un desperdicio de recursos.
El método ideal de recuperación húmeda es convertir los materiales de cátodo de fosfato de hierro y litio de desecho en sales de litio y fosfatos de hierro para lograr la recuperación completa de elementos de Li, Fe y P. Para convertir el fosfato ferroso de litio en sal de litio y fosfato de hierro, se necesita hierro ferroso para ser oxidado a hierro férrico, y el litio es lixiviado por lixiviación ácida o lixiviación alcalina. Algunos académicos usan la calcinación oxidativa para separar las escamas de aluminio y el fosfato de hierro y litio, y luego la lixiviación y separación con ácido sulfúrico para obtener fosfato de hierro crudo, y la solución se descontamina con carbonato de sodio para precipitar en carbonato de litio; el filtrado se evapora y cristaliza para obtener un producto de sulfato de sodio anhidro y se vende como subproducto; El fosfato de hierro crudo se refina aún más para obtener fosfato de hierro de grado de batería, que se puede usar para la preparación de materiales de fosfato de hierro y litio. Este proceso ha sido relativamente maduro después de años de investigación.
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