La batterie lithium fer phosphate est une batterie lithium ion utilisant du lithium fer phosphate (LiFePO4) comme matériau d'électrode positive et du carbone comme matériau d'électrode négative.
Pendant le processus de charge, certains des ions lithium du phosphate de fer et de lithium sont extraits, transférés à l'électrode négative via l'électrolyte et intégrés dans le matériau carboné de l'électrode négative ; en même temps, des électrons sont libérés de l'électrode positive et atteignent l'électrode négative du circuit externe pour maintenir l'équilibre de la réaction chimique. Pendant le processus de décharge, les ions lithium sortent de l'électrode négative et atteignent l'électrode positive à travers l'électrolyte. En même temps, l'électrode négative libère des électrons et atteint l'électrode positive du circuit externe pour fournir de l'énergie au monde extérieur.
Nom chinois : 磷酸铁锂电池
Nom étranger : batterie lithium-phosphate de fer
Abréviation : LIFEPO4
Électrode positive : phosphate de fer au lithium
Électrode négative : Carbone (Graphite)
Tension nominale : charge de 3.2 V
Tension de coupure : 3.6 V ~ 3.65 V
Avantages : haute tension de fonctionnement, haute densité d'énergie, longue durée de vie, bonnes performances de sécurité, faible taux d'autodécharge, pas d'effet mémoire.
Introduction à la batterie lithium fer phosphate
Dans la structure cristalline de LiFePO4, les atomes d'oxygène sont disposés dans un arrangement hexagonal compact.
Les tétraèdres PO43 et les octaèdres FeO6 constituent le squelette spatial du cristal, Li et Fe occupent les vides octaédriques, tandis que P occupe les vides tétraédriques, dans lesquels Fe occupe les positions de partage des coins des octaèdres et Li occupe les positions de partage des bords des octaèdres. Les octaèdres FeO6 sont connectés les uns aux autres sur le plan bc du cristal, et les structures octaédriques LiO6 dans la direction de l'axe b sont connectées les unes aux autres en une structure en forme de chaîne. 1 octaèdre FeO6 partage des arêtes avec 2 octaèdres LiO6 et 1 tétraèdre PO43.
En raison de la discontinuité du réseau octaédrique à partage d'arêtes FeO6, la conduction électronique ne peut pas se former; en même temps, le tétraèdre PO43 limite le changement de volume du réseau, ce qui affecte la désintercalation et la diffusion électronique de Li+, entraînant la conductivité électronique et la diffusion ionique du matériau de cathode LiFePO4. Très inefficace.
La capacité spécifique théorique de la batterie LiFePO4 est élevée (environ 170 mAh/g) et la plate-forme de décharge est de 3.4 V. Le Li+ est désintercalé dans les deux sens entre les électrodes positive et négative pour réaliser la charge et la décharge. Pendant la charge, une réaction d'oxydation se produit, le Li+ migre de l'électrode positive et s'incruste dans l'électrode négative à travers l'électrolyte. Le fer passe de Fe2+ à Fe3+ et une réaction d'oxydation se produit.
Caractéristiques structurelles de la batterie lithium fer phosphate
Le côté gauche de la batterie au lithium fer phosphate est une électrode positive composée d'un matériau LiFePO4 à structure olivine, qui est reliée à l'électrode positive de la batterie par une feuille d'aluminium. A droite se trouve l'électrode négative de la batterie composée de carbone (graphite), qui est reliée à l'électrode négative de la batterie par une feuille de cuivre. Au milieu se trouve un séparateur en polymère, qui sépare les électrodes positives et négatives, à travers lesquelles les ions lithium peuvent passer mais pas les électrons. L'intérieur de la batterie est rempli d'électrolyte et la batterie est hermétiquement scellée par un boîtier métallique.
La réaction de charge-décharge de la batterie au lithium fer phosphate est effectuée entre les deux phases de LiFePO4 et FePO4. Pendant le processus de charge, LiFePO4 est progressivement séparé des ions lithium pour former FePO4, et pendant le processus de décharge, les ions lithium sont intercalés dans FePO4 pour former LiFePO4.
Le principe de charge et de décharge de la batterie lithium fer phosphate
Lorsque la batterie est chargée, les ions lithium migrent du cristal de phosphate de fer au lithium vers la surface du cristal, pénètrent dans l'électrolyte sous l'action de la force du champ électrique, puis traversent le séparateur, puis migrent vers la surface du cristal de graphite à travers le électrolyte, puis incorporer dans le réseau de graphite.
En même temps, les électrons s'écoulent vers le collecteur de feuille d'aluminium de l'électrode positive à travers le conducteur, s'écoulent vers le collecteur de feuille de cuivre de l'électrode négative de la batterie à travers la languette, le pôle positif de la batterie, le circuit externe, le pôle négatif et le pôle négatif, puis s'écoulent vers le pôle négatif en graphite à travers le conducteur. , de sorte que la charge de l'électrode négative atteint un équilibre. Une fois les ions lithium désintercalés du phosphate de lithium et de fer, le phosphate de lithium et de fer est converti en phosphate de fer.
Lorsque la batterie est déchargée, les ions lithium sont désintercalés du cristal de graphite, pénètrent dans l'électrolyte, puis traversent le séparateur, migrent vers la surface du cristal de phosphate de fer au lithium à travers l'électrolyte, puis réinsèrent dans le réseau du phosphate de lithium et de fer.
En même temps, les électrons s'écoulent vers le collecteur de feuille de cuivre de l'électrode négative à travers le conducteur, et s'écoulent vers le collecteur de feuille d'aluminium de l'électrode positive de la batterie à travers la languette, le pôle négatif de la batterie, le circuit externe, le pôle positif et le pôle positif, puis s'écoulent vers le phosphate de fer à travers le conducteur. L'électrode positive au lithium équilibre la charge de l'électrode positive. Une fois les ions lithium intercalés dans le cristal de phosphate de fer, le phosphate de fer est converti en phosphate de fer lithium.
Caractéristiques de la batterie LiFePO4
densité d'énergie plus élevée
Selon les rapports, la densité d'énergie de la batterie au lithium-phosphate de fer à coque carrée en aluminium produite en masse en 2018 est d'environ 160 Wh/kg. En 2019, certains excellents fabricants de batteries peuvent probablement atteindre le niveau de 175-180Wh/kg. La technologie et la capacité de la puce sont plus grandes, ou 185Wh/kg peuvent être atteints.
bonnes performances de sécurité
Les performances électrochimiques du matériau de cathode de la batterie au lithium fer phosphate sont relativement stables, ce qui détermine qu'il a une plate-forme de charge et de décharge stable. Par conséquent, la structure de la batterie ne changera pas pendant le processus de charge et de décharge, et elle ne brûlera pas et n'explosera pas. Il est toujours très sûr dans des conditions spéciales telles que la charge, la compression et l'acupuncture.
longue durée de vie
La durée de vie du cycle 1C des batteries au lithium fer phosphate atteint généralement 2,000 3,500 fois, voire plus de 4,000 5,000 fois, alors que le marché du stockage d'énergie nécessite plus de 8 10 à 1,000 300 fois, garantissant une durée de vie de XNUMX à XNUMX ans, supérieure à XNUMX XNUMX cycles de batteries ternaires. La durée de vie des batteries au plomb longue durée est d'environ XNUMX fois.
Synthèse de LiFePO4
Le processus de synthèse du phosphate de fer au lithium a été fondamentalement perfectionné et il est principalement divisé en méthode en phase solide et méthode en phase liquide. Parmi eux, la méthode de réaction en phase solide à haute température est la plus couramment utilisée, et certains chercheurs combinent la méthode de synthèse par micro-ondes dans la méthode en phase solide et la méthode de synthèse hydrothermique dans la méthode en phase liquide - la méthode hydrothermique par micro-ondes.
En outre, les méthodes de synthèse du phosphate de fer au lithium comprennent également la méthode bionique, la méthode de séchage par refroidissement, la méthode de séchage par émulsification, la méthode de dépôt par laser pulsé, etc. En choisissant différentes méthodes, la synthèse de produits avec une petite taille de particules et de bonnes performances de dispersion peut effectivement raccourcir la diffusion. chemin de Li+ , la surface de contact entre les deux phases augmente et la vitesse de diffusion de Li+ augmente.
Application industrielle de la batterie lithium fer phosphate
Application de l'industrie des véhicules à énergie nouvelle
Le "Plan de développement de l'industrie des véhicules à énergies nouvelles et à économie d'énergie" de la Chine propose que "l'objectif global du développement des véhicules à énergies nouvelles est : d'ici 2020, la production et les ventes cumulées de véhicules à énergies nouvelles atteindront 5 millions d'unités, et l'échelle de l'énergie- l'industrie des véhicules à économie d'énergie et à énergie nouvelle sera à l'avant-garde du monde. . Les batteries au lithium fer phosphate sont largement utilisées dans les voitures particulières, les voitures particulières, les véhicules logistiques, les véhicules électriques à basse vitesse, etc. en raison de leurs avantages de bonne sécurité et de faible coût. Influencées par la politique, les batteries ternaires occupent une position dominante avec l'avantage de la densité énergétique, mais les batteries au lithium fer phosphate occupent toujours des avantages irremplaçables dans les voitures particulières, les véhicules logistiques et d'autres domaines. Dans le domaine des voitures particulières, les batteries au lithium fer phosphate représentaient environ 76 %, 81 %, 78 % des 5e, 6e et 7e lots du « Catalogue de modèles recommandés pour la promotion et l'application des véhicules à énergies nouvelles » (ci-après dénommé « Catalogue ») en 2018. %, tout en maintenant le courant dominant. Dans le domaine des véhicules spéciaux, les batteries au lithium fer phosphate représentaient environ 30 %, 32 % et 40 % des 5e, 6e et 7e lots du « Catalogue » en 2018, respectivement, et la proportion d'applications a progressivement augmenté. .
Yang Yusheng, académicien de l'Académie chinoise d'ingénierie, estime que l'utilisation de batteries au lithium fer phosphate sur le marché des véhicules électriques à autonomie étendue peut non seulement améliorer la sécurité des véhicules, mais également soutenir la commercialisation des véhicules électriques à autonomie étendue, éliminant le kilométrage, la sécurité, le prix et le coût des véhicules électriques purs. Anxiété liée à la charge, problèmes de batterie ultérieurs, etc. Au cours de la période de 2007 à 2013, de nombreux constructeurs automobiles ont lancé des projets de véhicules électriques purs à autonomie étendue.
Démarrez l'application sur l'alimentation
En plus des caractéristiques des batteries au lithium de puissance, la batterie au lithium fer phosphate de démarrage a également la capacité de produire une puissance élevée instantanément. La batterie au plomb traditionnelle est remplacée par une batterie au lithium de puissance d'une énergie inférieure à un kilowattheure, et le démarreur et le générateur traditionnels sont remplacés par un moteur BSG. , a non seulement la fonction de marche-arrêt au ralenti, mais a également les fonctions d'arrêt et de roue libre du moteur, de récupération d'énergie de roue libre et de freinage, d'accélérateur d'accélération et de croisière électrique.
Applications sur le marché du stockage d'énergie
La batterie LiFePO4 présente une série d'avantages uniques tels qu'une tension de fonctionnement élevée, une densité d'énergie élevée, une longue durée de vie, un faible taux d'autodécharge, aucun effet mémoire, une protection de l'environnement verte, etc. stockage d'énergie, dans les centrales électriques à énergie renouvelable ont de bonnes perspectives d'application dans les domaines de la connexion sécurisée au réseau de la production d'électricité, de la régulation des pointes du réseau électrique, des centrales électriques distribuées, des alimentations UPS et des systèmes d'alimentation de secours.
Selon le dernier rapport sur le stockage d'énergie récemment publié par GTM Research, une organisation internationale d'études de marché, l'application de projets de stockage d'énergie côté réseau en Chine en 2018 a continué d'augmenter la consommation de batteries au lithium fer phosphate.
Avec l'essor du marché du stockage d'énergie, ces dernières années, certaines sociétés de batteries de puissance ont déployé des activités de stockage d'énergie pour ouvrir de nouveaux marchés d'applications pour les batteries au lithium fer phosphate. D'une part, en raison des caractéristiques de durée de vie ultra longue, d'utilisation sûre, de grande capacité et de protection de l'environnement verte, le phosphate de fer au lithium peut être transféré dans le domaine du stockage de l'énergie, ce qui étendra la chaîne de valeur et favorisera l'établissement de un nouveau modèle économique. D'autre part, le système de stockage d'énergie prenant en charge la batterie au lithium fer phosphate est devenu le choix dominant sur le marché. Selon des rapports, des batteries au lithium fer phosphate ont été essayées pour être utilisées dans les bus électriques, les camions électriques, la régulation de fréquence côté utilisateur et côté réseau.
1. Connexion sécurisée au réseau de la production d'énergie renouvelable telle que la production d'énergie éolienne et la production d'énergie photovoltaïque. Le caractère aléatoire, l'intermittence et la volatilité inhérents à la production d'énergie éolienne déterminent que son développement à grande échelle aura inévitablement un impact significatif sur le fonctionnement sûr du système électrique. Avec le développement rapide de l'industrie éolienne, en particulier la plupart des parcs éoliens de mon pays sont "un développement centralisé à grande échelle et une transmission longue distance", la production d'électricité connectée au réseau des parcs éoliens à grande échelle pose de sérieux défis à la l'exploitation et le contrôle des grands réseaux électriques.
La production d'énergie photovoltaïque est affectée par la température ambiante, l'intensité de la lumière solaire et les conditions météorologiques, et la production d'énergie photovoltaïque présente les caractéristiques de fluctuations aléatoires. mon pays présente une tendance de développement de « développement décentralisé, accès sur site à basse tension » et de « développement à grande échelle, accès à moyenne et haute tension », qui met en avant des exigences plus élevées en matière de régulation des pointes du réseau électrique et de fonctionnement sûr des systèmes électriques.
Par conséquent, les produits de stockage d'énergie à grande capacité sont devenus un facteur clé pour résoudre la contradiction entre le réseau et la production d'énergie renouvelable. Le système de stockage d'énergie de la batterie au lithium fer phosphate présente les caractéristiques d'une conversion rapide des conditions de travail, d'un mode de fonctionnement flexible, d'un rendement élevé, de la sécurité et de la protection de l'environnement et d'une forte évolutivité. Problème de contrôle de la tension locale, améliorer la fiabilité de la production d'énergie renouvelable et améliorer la qualité de l'énergie, de sorte que l'énergie renouvelable puisse devenir une alimentation électrique continue et stable. [2]
Avec l'expansion continue de la capacité et de l'échelle, et la maturité continue de la technologie intégrée, le coût des systèmes de stockage d'énergie sera encore réduit. Après des tests de sécurité et de fiabilité à long terme, les systèmes de stockage d'énergie des batteries au lithium fer phosphate devraient être utilisés dans les énergies renouvelables telles que l'énergie éolienne et la production d'énergie photovoltaïque. Il a été largement utilisé dans la connexion sécurisée au réseau de la production d'énergie et l'amélioration de la qualité de l'énergie.
2. Régulation de pointe du réseau électrique. Le principal moyen de régulation des pointes du réseau électrique a toujours été les centrales à accumulation par pompage. Étant donné que la centrale électrique à accumulation par pompage doit construire deux réservoirs, les réservoirs supérieur et inférieur, qui sont fortement limités par les conditions géographiques, il n'est pas facile de construire dans la zone de plaine, et la zone est vaste et le coût de maintenance est élevé. L'utilisation d'un système de stockage d'énergie de batterie au lithium fer phosphate pour remplacer la centrale électrique de stockage pompée, pour faire face à la charge de pointe du réseau électrique, non limité par les conditions géographiques, sélection libre du site, moins d'investissement, moins d'occupation du sol, faible coût de maintenance, jouera un rôle important dans le processus de régulation des pointes du réseau électrique.
3. Centrale électrique décentralisée.
En raison des défauts du grand réseau électrique lui-même, il est difficile de garantir les exigences de qualité, d'efficacité, de sécurité et de fiabilité de l'alimentation électrique. Pour les unités et les entreprises importantes, des alimentations doubles ou même multiples sont souvent nécessaires comme sauvegarde et protection. Le système de stockage d'énergie de la batterie au lithium fer phosphate peut réduire ou éviter les pannes de courant causées par des pannes de réseau électrique et divers événements inattendus, et assurer une alimentation électrique sûre et fiable dans les hôpitaux, les banques, les centres de commande et de contrôle, les centres de traitement de données, les industries de matériaux chimiques et la précision. industries manufacturières. Joue un rôle important.
Alimentation 4UPS. Le développement continu et rapide de l'économie chinoise a conduit à la décentralisation des besoins des utilisateurs d'alimentation UPS, ce qui a amené davantage d'industries et d'entreprises à avoir une demande continue d'alimentation UPS.
Par rapport aux batteries au plomb, les batteries au lithium fer phosphate présentent les avantages d'une longue durée de vie, de la sécurité et de la stabilité, d'une protection de l'environnement écologique et d'un faible taux d'autodécharge. sera largement utilisé.
Applications dans d'autres domaines
Les batteries au lithium fer phosphate sont également largement utilisées dans le domaine militaire en raison de leur bonne durée de vie, de leur sécurité, de leurs performances à basse température et d'autres avantages. Le 10 octobre 2018, une entreprise de batteries du Shandong a fait une forte apparition lors de la première exposition sur les réalisations d'innovation en matière de technologie d'intégration militaro-civile de Qingdao et a exposé des produits militaires, notamment des batteries militaires à ultra-basse température de -45 ℃.
Système de stockage d'énergie de batterie au lithium fer phosphate
La batterie LiFePO4 présente une série d'avantages uniques tels qu'une tension de fonctionnement élevée, une densité d'énergie élevée, une longue durée de vie, une protection de l'environnement verte, etc. système. Le système de stockage d'énergie de la batterie au lithium fer phosphate se compose d'une batterie au lithium fer phosphate, d'un système de gestion de batterie (BMS), d'un dispositif de conversion (redresseur, onduleur), d'un système de surveillance central et d'un transformateur.
Dans la phase de charge, l'alimentation intermittente ou le réseau électrique charge le système de stockage d'énergie, et le courant alternatif est redressé en courant continu à travers le redresseur pour charger le module de batterie de stockage d'énergie et stocker l'énergie ; dans la phase de décharge, le système de stockage d'énergie se décharge sur le réseau électrique ou la charge, et le module de batterie de stockage d'énergie. L'alimentation CC de l'onduleur est convertie en alimentation CA via l'onduleur et la sortie de l'onduleur est contrôlée par le système de surveillance central , qui peut fournir une puissance de sortie stable au réseau ou à la charge.
Utilisation échelonnée de la batterie lithium fer phosphate
D'une manière générale, la batterie au lithium fer phosphate des véhicules électriques à la retraite a encore près de 80% de la capacité restante, et il reste encore 20% de la capacité de la limite inférieure de 60% de capacité complètement mise au rebut, qui peut être utilisée dans des occasions avec une faible exigences de puissance que les automobiles, telles que les véhicules électriques à basse vitesse, les stations de base de communication, etc., pour réaliser l'utilisation en cascade des batteries usagées. Les batteries au lithium fer phosphate retirées des automobiles ont toujours une valeur d'utilisation élevée. Le processus d'utilisation en cascade de la batterie d'alimentation est le suivant : recyclage par l'entreprise de la batterie usagée - démantèlement - test et classement - tri par capacité - réorganisation du module de batterie. Au niveau de la préparation de la batterie, la densité d'énergie résiduelle de la batterie au lithium-phosphate de fer usagée peut atteindre 60 ~ 90 Wh/kg, et la durée de vie du recyclage peut atteindre 400 ~ 1000 fois. Avec l'amélioration du niveau de préparation de la batterie, la durée de vie du recyclage peut être encore améliorée. Par rapport aux batteries plomb-acide avec une durée de vie de 45 Wh/kg et une durée de vie d'environ 500 fois, les batteries lithium fer phosphate usagées présentent toujours des avantages en termes de performances. De plus, le coût des déchets de batteries lithium fer phosphate est faible, seulement 4000 ~ 10000 yuans/t, ce qui est très économique.
Caractéristiques de recyclage des batteries lithium fer phosphate
Croissance rapide et rebut important
Depuis le développement de l'industrie des véhicules électriques, la Chine est devenue le plus grand marché consommateur de phosphate de lithium et de fer au monde. Surtout de 2012 à 2013, le taux de croissance a été de près de 200 %. En 2013, le volume des ventes de phosphate de fer et de lithium en Chine était d'environ 5797 50 t, ce qui représente plus de XNUMX % des ventes mondiales.
En 2014, 75 % des matériaux cathodiques au phosphate de fer et au lithium ont été vendus à la Chine. La durée de vie théorique des batteries lithium fer phosphate est de 7 à 8 ans (calculée en 7 ans). On s'attend à ce qu'environ 9400 2021 tonnes de phosphate de fer et de lithium soient mises au rebut d'ici XNUMX. Si l'énorme quantité de déchets n'est pas traitée, cela entraînera non seulement une pollution de l'environnement, mais également un gaspillage d'énergie et des pertes économiques.
Dommage significatif
Le LiPF6, le carbonate organique, le cuivre et les autres substances chimiques contenues dans les batteries lithium fer phosphate sont répertoriés dans la liste nationale des déchets dangereux. Le LiPF6 est très corrosif et se décompose facilement pour produire du HF au contact de l'eau ; les solvants organiques et leurs produits de décomposition et d'hydrolyse causeront une grave pollution de l'atmosphère, de l'eau, du sol et nuiront à l'écosystème ; les métaux lourds tels que le cuivre s'accumulent dans l'environnement, et finalement les humains sont lésés à travers la chaîne biologique ; une fois que le phosphore pénètre dans les lacs et autres plans d'eau, il est très facile de provoquer l'eutrophisation des plans d'eau. On peut voir que si les batteries au lithium fer phosphate mises au rebut ne sont pas recyclées, cela causera de grands dommages à l'environnement et à la santé humaine.
La technologie de recyclage est immature
Les données existantes montrent que le recyclage des déchets de batteries lithium fer phosphate est divisé en deux types : l'un consiste à récupérer les métaux et l'autre à régénérer les matériaux cathodiques lithium fer phosphate.
(1) Récupération humide du lithium et du fer
Ce type de procédé consiste principalement à récupérer le lithium. Comme le phosphate de lithium et de fer ne contient pas de métaux précieux, le processus de récupération du cobaltate de lithium est modifié. Tout d'abord, la batterie au lithium fer phosphate est désassemblée pour obtenir un matériau d'électrode positive, qui est broyé et tamisé pour obtenir une poudre ; puis une solution alcaline est ajoutée à la poudre pour dissoudre l'aluminium et les oxydes d'aluminium, et filtrée pour obtenir un résidu de filtre contenant du lithium, du fer, etc. ; le résidu du filtre est utilisé La solution mixte d'acide sulfurique et de peroxyde d'hydrogène (agent réducteur) est lixiviée pour obtenir une solution de lixiviation ; ajouter un alcali pour précipiter l'hydroxyde ferrique et filtrer pour obtenir un filtrat ; brûler de l'hydroxyde ferrique pour obtenir de l'oxyde ferrique ; enfin ajuster la valeur du pH de la solution de lixiviation (5.0 ~ 8.0), filtrer Le filtrat est obtenu à partir de la solution de lixiviation et du carbonate de sodium solide est ajouté pour se concentrer et cristalliser afin d'obtenir du carbonate de lithium.
(2) Phosphate de fer au lithium régénéré
La récupération unique d'un certain élément rend l'intérêt économique de la récupération du phosphate de fer lithium sans métaux précieux relativement faible. Par conséquent, la régénération en phase solide du phosphate de fer au lithium est principalement utilisée pour traiter les batteries au phosphate de fer au lithium usagées. Ce processus présente des avantages de récupération élevés et un taux d'utilisation complet élevé des ressources.
Tout d'abord, la batterie au lithium fer phosphate est désassemblée pour obtenir le matériau d'électrode positive, qui est broyé et tamisé pour obtenir de la poudre ; après cela, le graphite résiduel et le liant sont éliminés par traitement thermique, puis la solution alcaline est ajoutée à la poudre pour dissoudre l'aluminium et les oxydes d'aluminium ; Filtrez les résidus contenant du lithium, du fer, etc., analysez le rapport molaire du fer, du lithium et du phosphore dans le résidu du filtre, ajoutez une source de fer, une source de lithium et une source de phosphore, ajustez le rapport molaire du fer, du lithium et du phosphore à 1:1 : 1; ajouter une source de carbone, Après broyage à boulets, le nouveau matériau de cathode de phosphate de fer au lithium est obtenu par calcination dans une atmosphère inerte.
Système de recyclage incomplet
Le plan national « 863 », le plan « 973 » et le plan de développement de l'industrie de haute technologie « onzième quinquennal » classent tous les batteries au lithium-phosphate de fer comme des domaines de soutien clés, mais les exigences techniques de production de batteries sont relativement strictes, ce qui entraîne des prix élevés des batteries. . Sur les motos électriques et un petit nombre de voitures. Par conséquent, les batteries d'alimentation des véhicules n'ont pas encore été mises au rebut en grande quantité et un système de recyclage systématique et professionnel des batteries d'alimentation des véhicules n'a pas encore été mis en place. Le système de recyclage existant présente certains problèmes et l'efficacité du recyclage est faible.
Ce problème est principalement causé par les aspects suivants :
(1) Moins quantité recyclable
Un grand nombre de piles usagées sont éparpillées entre les mains des gens, mais les gens n'ont pas d'endroit où les mettre, elles sont donc jetées avec les ordures ménagères, de sorte que les piles usagées récupérées auprès des particuliers sont presque nulles, et la plupart des batteries recyclées sont produites dans le processus de production des entreprises de production Débris ou vieux matériaux en stock, le nombre de batteries de grande puissance récupérées est encore moindre.
(2) Le système de recyclage n'est pas parfait
Un système dédié au recyclage des batteries n'a pas encore été mis en place en Chine, et il s'agit principalement de la vaste collection de petits ateliers. mon pays est un important producteur et consommateur de batteries lithium-ion, mais en raison de sa grande population, le nombre de propriétaires de batteries par habitant est relativement faible. Pendant longtemps, les entreprises de recyclage n'ont pas recyclé les batteries lithium-ion individuelles qui n'avaient aucune valeur de recyclage.
(3) Des barrières à l'entrée élevées
Si une entreprise souhaite recycler et éliminer les piles usagées, elle doit demander une licence d'exploitation de déchets dangereux conformément à la « Loi sur la protection de l'environnement de la République populaire de Chine » et aux « Mesures administratives pour les permis d'expérience en matière de déchets dangereux ». Au contraire, il existe un grand nombre d'entreprises à petite échelle et à faible technologie, qui posent le problème que les batteries ne peuvent pas être collectées de manière centralisée.
(4) Coût de récupération élevé
Un grand nombre de matériaux de lithium fer phosphate sont utilisés dans l'électrode positive des batteries de puissance ou de stockage d'énergie, et la demande est bien supérieure à celle des petites batteries ordinaires. Leur recyclage a une valeur sociale élevée, mais le coût de recyclage est élevé et les batteries au lithium fer phosphate ne contiennent pas de métaux précieux à faible valeur économique.
(5) Faible sensibilisation au recyclage
Pendant longtemps, il y a eu peu de publicité et d'éducation sur le recyclage des piles usagées dans mon pays, ce qui a entraîné un manque de compréhension approfondie des citoyens des risques de pollution des piles usagées et une absence de sensibilisation au recyclage conscient.
Démantèlement et recyclage des batteries lithium fer phosphate
Les batteries qui n'ont pas de valeur d'utilisation en cascade dans les batteries au lithium fer phosphate retirées et les batteries après utilisation en cascade entreront éventuellement dans la phase de démantèlement et de recyclage. La différence entre les batteries au lithium fer phosphate et les batteries à matériau ternaire est qu'elles ne contiennent pas de métaux lourds et que la récupération est principalement Li, P et Fe. La valeur ajoutée des produits récupérés est faible et une voie de récupération à faible coût doit être développée. Il existe principalement deux méthodes de recyclage : la méthode au feu et la méthode par voie humide.
Processus de reprise après incendie
La récupération au feu traditionnelle est généralement l'incinération à haute température des feuilles d'électrodes, qui brûle le carbone et la matière organique dans les fragments d'électrodes, et les cendres restantes qui ne peuvent pas être brûlées sont finalement tamisées pour obtenir des matériaux en poudre fine contenant des métaux et des oxydes métalliques. Le processus de cette méthode est simple, mais le processus de traitement est long et le taux de récupération complet des métaux précieux est faible. La technologie améliorée de récupération au feu élimine le liant organique par calcination, sépare la poudre de phosphate de fer au lithium de la feuille d'aluminium et obtient le matériau de phosphate de fer au lithium, puis ajoute une quantité appropriée de matières premières pour obtenir le lithium, le fer et le phosphore requis. . Rapport molaire, un nouveau phosphate de lithium et de fer a été synthétisé par une méthode en phase solide à haute température. Selon les estimations de coûts, le recyclage amélioré par pyro-séchage des déchets de batteries au lithium fer phosphate peut être rentable, mais le lithium fer phosphate nouvellement préparé selon ce procédé de recyclage présente de nombreuses impuretés et des performances instables.
Procédé de recyclage humide
La récupération par voie humide consiste principalement à dissoudre les ions métalliques dans la batterie au lithium fer phosphate par une solution acide-base, et à utiliser en outre la précipitation, l'adsorption, etc. pour extraire les ions métalliques dissous sous forme d'oxydes et de sels. La plupart des processus de réaction utilisent H2SO4, NaOH et des réactifs tels que H2O2. Le processus de recyclage par voie humide est simple, les besoins en équipement ne sont pas élevés et il convient à une production à l'échelle industrielle.
Le recyclage par voie humide des batteries lithium fer phosphate est principalement basé sur le recyclage des électrodes positives. Lorsque l'électrode positive au lithium-phosphate de fer est récupérée par voie humide, le collecteur de courant en feuille d'aluminium doit d'abord être séparé du matériau actif de l'électrode positive. L'une des méthodes consiste à utiliser de la lessive pour dissoudre le collecteur de courant, et la matière active ne réagit pas avec la lessive, et la matière active peut être obtenue par filtration. La deuxième méthode consiste à dissoudre le liant PVDF avec un solvant organique, de sorte que le matériau d'électrode positive au phosphate de fer et de lithium soit séparé de la feuille d'aluminium, la feuille d'aluminium est réutilisée, le matériau actif peut être soumis à un traitement ultérieur et le solvant organique peut être distillé pour réaliser son recyclage. Par rapport aux deux méthodes, la deuxième méthode est plus respectueuse de l'environnement et plus sûre. L'une des récupérations du lithium fer phosphate dans l'électrode positive consiste à générer du carbonate de lithium. Cette méthode de recyclage a un faible coût et est adoptée par la plupart des entreprises de recyclage de phosphate de fer et de lithium. Cependant, le phosphate de fer (teneur 95%), principal composant du phosphate de fer lithium, n'a pas été recyclé, ce qui entraîne un gaspillage de ressources.
La méthode idéale de récupération par voie humide consiste à convertir les déchets de matériaux cathodiques de phosphate de lithium et de fer en sels de lithium et en phosphates de fer pour obtenir une récupération complète des éléments de Li, Fe et P. Afin de transformer le phosphate ferreux de lithium en sel de lithium et en phosphate de fer, le fer ferreux a besoin être oxydé en fer ferrique, et le lithium est lessivé par lixiviation acide ou lixiviation alcaline. Certains chercheurs utilisent la calcination oxydative pour séparer les flocons d'aluminium et le phosphate de fer au lithium, puis la lixiviation et la séparation avec de l'acide sulfurique pour obtenir du phosphate de fer brut, et la solution est décontaminée avec du carbonate de sodium pour précipiter en carbonate de lithium ; le filtrat est évaporé et cristallisé pour obtenir un produit de sulfate de sodium anhydre et vendu comme sous-produit ; Le phosphate de fer brut est encore raffiné pour obtenir du phosphate de fer de qualité batterie, qui peut être utilisé pour la préparation de matériaux de phosphate de fer au lithium. Ce processus a été relativement mature après des années de recherche.
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