La batteria al litio ferro fosfato è una batteria agli ioni di litio che utilizza litio ferro fosfato (LiFePO4) come materiale dell'elettrodo positivo e carbonio come materiale dell'elettrodo negativo.
Durante il processo di carica, alcuni degli ioni di litio nel fosfato di ferro e litio vengono estratti, trasferiti all'elettrodo negativo attraverso l'elettrolita e incorporati nel materiale di carbonio dell'elettrodo negativo; allo stesso tempo, gli elettroni vengono rilasciati dall'elettrodo positivo e raggiungono l'elettrodo negativo dal circuito esterno per mantenere l'equilibrio della reazione chimica. Durante il processo di scarica, gli ioni di litio escono dall'elettrodo negativo e raggiungono l'elettrodo positivo attraverso l'elettrolita. Allo stesso tempo, l'elettrodo negativo rilascia elettroni e raggiunge l'elettrodo positivo dal circuito esterno per fornire energia per il mondo esterno.
Nome cinese: 磷酸铁锂电池
Nome straniero: batteria al litio ferro fosfato
Abbreviazione: LIFEPO4
Elettrodo positivo: litio ferro fosfato
Elettrodo negativo: carbonio (grafite)
Tensione nominale: carica 3.2 V
Tensione di interruzione: 3.6 V ~ 3.65 V
Vantaggi: alta tensione di lavoro, alta densità di energia, lunga durata del ciclo, buone prestazioni di sicurezza, basso tasso di autoscarica, nessun effetto memoria
Introduzione alla batteria al litio ferro fosfato
Nella struttura cristallina di LiFePO4, gli atomi di ossigeno sono disposti in una disposizione esagonale compatta.
I tetraedri PO43 e gli ottaedri FeO6 costituiscono lo scheletro spaziale del cristallo, Li e Fe occupano i vuoti ottaedrici, mentre P occupa i vuoti tetraedrici, in cui Fe occupa le posizioni di condivisione degli angoli dell'ottaedro e Li occupa le posizioni di condivisione dei bordi degli ottaedri. Gli ottaedri FeO6 sono collegati tra loro sul piano bc del cristallo e le strutture ottaedriche LiO6 nella direzione dell'asse b sono collegate tra loro in una struttura a catena. 1 ottaedro FeO6 condivide i bordi con 2 ottaedri LiO6 e 1 tetraedro PO43.
A causa della discontinuità della rete ottaedrica edge-sharing FeO6, non è possibile formare la conduzione elettronica; allo stesso tempo, il tetraedro PO43 limita la variazione di volume del reticolo, che influisce sulla deiintercalazione e sulla diffusione degli elettroni di Li+, determinando la conduttività elettronica e la diffusione ionica del materiale catodico LiFePO4. Molto inefficiente.
La capacità specifica teorica della batteria LiFePO4 è elevata (circa 170 mAh/g) e la piattaforma di scarica è 3.4 V. Li+ è dei-intercalato avanti e indietro tra gli elettrodi positivo e negativo per realizzare carica e scarica. Durante la carica, si verifica una reazione di ossidazione, Li+ migra dall'elettrodo positivo e viene incorporato nell'elettrodo negativo attraverso l'elettrolita. Il ferro passa da Fe2+ a Fe3+ e si verifica una reazione di ossidazione.
Caratteristiche strutturali della batteria al litio ferro fosfato
Il lato sinistro della batteria al litio ferro fosfato è un elettrodo positivo composto da un materiale LiFePO4 a struttura olivina, che è collegato all'elettrodo positivo della batteria da un foglio di alluminio. Sulla destra si trova l'elettrodo negativo della batteria composto da carbonio (grafite), che è collegato all'elettrodo negativo della batteria da una lamina di rame. Nel mezzo c'è un separatore polimerico, che separa gli elettrodi positivo e negativo, attraverso i quali gli ioni di litio possono passare ma gli elettroni no. L'interno della batteria è riempito di elettrolita e la batteria è sigillata ermeticamente da un involucro di metallo.
La reazione di carica-scarica della batteria al litio ferro fosfato viene effettuata tra le due fasi di LiFePO4 e FePO4. Durante il processo di carica, LiFePO4 viene gradualmente separato dagli ioni di litio per formare FePO4 e durante il processo di scarica, gli ioni di litio vengono intercalati in FePO4 per formare LiFePO4.
Il principio di carica e scarica della batteria al litio ferro fosfato
Quando la batteria è carica, gli ioni di litio migrano dal cristallo di litio ferro fosfato alla superficie del cristallo, entrano nell'elettrolita sotto l'azione della forza del campo elettrico, quindi passano attraverso il separatore e quindi migrano sulla superficie del cristallo di grafite attraverso il elettrolita e quindi incorporare nel reticolo di grafite.
Allo stesso tempo, gli elettroni fluiscono al collettore di lamina di alluminio dell'elettrodo positivo attraverso il conduttore, fluiscono al collettore di lamina di rame dell'elettrodo negativo della batteria attraverso la linguetta, il polo positivo della batteria, il circuito esterno, il polo negativo e polo negativo, quindi fluiscono verso il polo negativo di grafite attraverso il conduttore. , in modo che la carica dell'elettrodo negativo raggiunga un equilibrio. Dopo che gli ioni di litio sono deiintercalati dal litio ferro fosfato, il litio ferro fosfato viene convertito in ferro fosfato.
Quando la batteria è scarica, gli ioni di litio vengono deintercalizzati dal cristallo di grafite, entrano nell'elettrolita, quindi passano attraverso il separatore, migrano sulla superficie del cristallo di fosfato di ferro e litio attraverso l'elettrolita, quindi reinseriscono nel reticolo del litio ferro fosfato.
Allo stesso tempo, gli elettroni fluiscono al collettore di lamina di rame dell'elettrodo negativo attraverso il conduttore e fluiscono al collettore di lamina di alluminio dell'elettrodo positivo della batteria attraverso la linguetta, il polo negativo della batteria, il circuito esterno, il polo positivo e il polo positivo, quindi fluiscono al fosfato di ferro attraverso il conduttore. L'elettrodo positivo al litio bilancia la carica dell'elettrodo positivo. Dopo che gli ioni di litio sono intercalati nel cristallo di fosfato di ferro, il fosfato di ferro viene convertito in fosfato di ferro di litio.
Caratteristiche della batteria LiFePO4
maggiore densità di energia
Secondo i rapporti, la densità energetica della batteria al litio ferro fosfato con guscio in alluminio quadrato prodotta in serie nel 2018 è di circa 160 Wh/kg. Nel 2019, alcuni eccellenti produttori di batterie possono probabilmente raggiungere il livello di 175-180 Wh/kg. La tecnologia e la capacità del chip sono aumentate o è possibile raggiungere 185 Wh/kg.
buone prestazioni di sicurezza
Le prestazioni elettrochimiche del materiale catodico della batteria al litio ferro fosfato sono relativamente stabili, il che determina che ha una piattaforma di carica e scarica stabile. Pertanto, la struttura della batteria non cambierà durante il processo di carica e scarica e non brucerà né esploderà. È ancora molto sicuro in condizioni speciali come la carica, la spremitura e l'agopuntura.
ciclo di vita lungo
La vita del ciclo 1C delle batterie al litio ferro fosfato raggiunge generalmente 2,000 volte, o anche più di 3,500 volte, mentre il mercato dell'accumulo di energia richiede più di 4,000-5,000 volte, garantendo una vita utile di 8-10 anni, che è superiore a 1,000 cicli di batterie ternarie. La durata del ciclo delle batterie piombo-acido a lunga durata è di circa 300 volte.
Sintesi di LiFePO4
Il processo di sintesi del litio ferro fosfato è stato sostanzialmente perfezionato ed è principalmente suddiviso in metodo in fase solida e metodo in fase liquida. Tra questi, il metodo di reazione in fase solida ad alta temperatura è il più comunemente usato e alcuni ricercatori combinano il metodo di sintesi a microonde nel metodo in fase solida e il metodo di sintesi idrotermale nel metodo in fase liquida, il metodo idrotermale a microonde.
Inoltre, i metodi di sintesi del fosfato di ferro e litio includono anche il metodo bionico, il metodo di essiccazione per raffreddamento, il metodo di essiccazione per emulsione, il metodo di deposizione laser pulsato, ecc. Scegliendo metodi diversi, la sintesi di prodotti con particelle di piccole dimensioni e buone prestazioni di dispersione può ridurre efficacemente la diffusione percorso di Li+, l'area di contatto tra le due fasi aumenta e la velocità di diffusione di Li+ aumenta.
Applicazione industriale della batteria al litio ferro fosfato
Applicazione del settore dei veicoli a nuova energia
Il "Piano di sviluppo dell'industria dei veicoli a risparmio energetico e di nuova energia" della Cina propone che "l'obiettivo generale dello sviluppo di veicoli a nuova energia è: entro il 2020, la produzione e le vendite cumulative di veicoli a nuova energia raggiungeranno i 5 milioni di unità e la scala di il risparmio e l'industria dei veicoli a nuova energia saranno in prima linea nel mondo". . Le batterie al litio ferro fosfato sono ampiamente utilizzate nelle autovetture, nelle autovetture, nei veicoli logistici, nei veicoli elettrici a bassa velocità, ecc. Grazie ai loro vantaggi di buona sicurezza e basso costo. Influenzate dalla politica, le batterie ternarie occupano una posizione dominante con il vantaggio della densità energetica, ma le batterie al litio ferro fosfato occupano ancora vantaggi insostituibili nelle autovetture, nei veicoli logistici e in altri campi. Nel campo delle autovetture, le batterie al litio ferro fosfato rappresentavano circa il 76%, 81%, 78% del 5°, 6° e 7° lotto del “Catalogo dei modelli consigliati per la promozione e l'applicazione di veicoli a nuova energia” (di seguito denominato “Catalogo”) nel 2018. %, pur mantenendo il mainstream. Nel campo dei veicoli speciali, le batterie al litio ferro fosfato hanno rappresentato nel 30 circa il 32%, 40% e 5% rispettivamente del 6°, 7° e 2018° lotto del “Catalogo” e la quota di applicazioni è progressivamente aumentata .
Yang Yusheng, un accademico dell'Accademia cinese di ingegneria, ritiene che l'uso di batterie al litio ferro fosfato nel mercato dei veicoli elettrici ad autonomia estesa possa non solo migliorare la sicurezza dei veicoli, ma anche supportare la commercializzazione di veicoli elettrici ad autonomia estesa, eliminando il chilometraggio, la sicurezza, il prezzo e il costo dei veicoli elettrici puri. Ansia per la ricarica, i successivi problemi con la batteria, ecc. Nel periodo dal 2007 al 2013, molte case automobilistiche hanno lanciato progetti di veicoli elettrici puri ad autonomia estesa.
Avviare l'applicazione sull'alimentazione
Oltre alle caratteristiche delle batterie al litio di potenza, la batteria al litio ferro fosfato di avviamento ha anche la capacità di erogare istantaneamente un'elevata potenza. La tradizionale batteria al piombo viene sostituita da una batteria al litio di potenza con un'energia inferiore a un kilowattora e il tradizionale motorino di avviamento e generatore sono sostituiti da un motore BSG. , non solo ha la funzione di avvio e arresto del minimo, ma ha anche le funzioni di spegnimento e inerzia del motore, recupero dell'energia per inerzia e frenata, booster di accelerazione e crociera elettrica.
Applicazioni nel mercato dell'accumulo di energia
La batteria LiFePO4 ha una serie di vantaggi unici come alta tensione di lavoro, alta densità di energia, lunga durata del ciclo, basso tasso di autoscarica, nessun effetto memoria, protezione ambientale verde, ecc. E supporta l'espansione continua, adatta per l'elettricità su larga scala accumulo di energia, nelle energie rinnovabili Le centrali elettriche hanno buone prospettive applicative nei campi della connessione sicura alla rete della produzione di energia, della regolazione dei picchi della rete elettrica, delle centrali elettriche distribuite, degli UPS e dei sistemi di alimentazione di emergenza.
Secondo l'ultimo rapporto sull'accumulo di energia recentemente pubblicato da GTM Research, un'organizzazione internazionale di ricerca di mercato, l'applicazione di progetti di accumulo di energia lato rete in Cina nel 2018 ha continuato ad aumentare il consumo di batterie al litio ferro fosfato.
Con l'ascesa del mercato dell'accumulo di energia, negli ultimi anni, alcune società di batterie elettriche hanno implementato attività di accumulo di energia per aprire nuovi mercati applicativi per le batterie al litio ferro fosfato. Da un lato, a causa delle caratteristiche di durata ultra lunga, uso sicuro, grande capacità e protezione ambientale verde, il fosfato di ferro e litio può essere trasferito al campo dell'accumulo di energia, che estenderà la catena del valore e promuoverà la creazione di un nuovo modello di business. D'altra parte, il sistema di accumulo di energia che supporta la batteria al litio ferro fosfato è diventato la scelta principale sul mercato. Secondo i rapporti, le batterie al litio ferro fosfato sono state provate per essere utilizzate in autobus elettrici, camion elettrici, regolazione della frequenza lato utente e lato rete.
1. Collegamento sicuro alla rete della produzione di energia rinnovabile come la produzione di energia eolica e la produzione di energia fotovoltaica. La casualità intrinseca, l'intermittenza e la volatilità della produzione di energia eolica determinano che il suo sviluppo su larga scala avrà inevitabilmente un impatto significativo sul funzionamento sicuro del sistema elettrico. Con il rapido sviluppo del settore dell'energia eolica, in particolare la maggior parte dei parchi eolici nel mio paese sono "sviluppo centralizzato su larga scala e trasmissione a lunga distanza", la produzione di energia connessa alla rete di parchi eolici su larga scala pone gravi sfide al gestione e controllo di grandi reti elettriche.
La produzione di energia fotovoltaica è influenzata dalla temperatura ambiente, dall'intensità della luce solare e dalle condizioni meteorologiche e la produzione di energia fotovoltaica presenta le caratteristiche di fluttuazioni casuali. il mio paese presenta una tendenza di sviluppo di "sviluppo decentralizzato, accesso in loco a bassa tensione" e "sviluppo su larga scala, accesso a media e alta tensione", che propone requisiti più elevati per la regolazione dei picchi della rete elettrica e il funzionamento sicuro dei sistemi elettrici.
Pertanto, i prodotti di accumulo di energia di grande capacità sono diventati un fattore chiave per risolvere la contraddizione tra la rete e la generazione di energia rinnovabile. Il sistema di accumulo di energia della batteria al litio ferro fosfato ha le caratteristiche di rapida conversione delle condizioni di lavoro, modalità di funzionamento flessibile, alta efficienza, sicurezza e protezione ambientale e forte scalabilità. Problema di controllo della tensione locale, migliorare l'affidabilità della generazione di energia da energia rinnovabile e migliorare la qualità dell'energia, in modo che l'energia rinnovabile possa diventare un'alimentazione elettrica continua e stabile. [2]
Con la continua espansione della capacità e della scala, e la continua maturità della tecnologia integrata, il costo dei sistemi di accumulo dell'energia sarà ulteriormente ridotto. Dopo test di sicurezza e affidabilità a lungo termine, si prevede che i sistemi di accumulo di energia con batterie al litio ferro fosfato saranno utilizzati nelle energie rinnovabili come l'energia eolica e la produzione di energia fotovoltaica. È stato ampiamente utilizzato nella connessione sicura alla rete della generazione di energia e nel miglioramento della qualità dell'energia.
2. Regolazione del picco di rete. Il mezzo principale per la regolazione del picco della rete elettrica è sempre stato quello delle centrali ad accumulo di pompaggio. Poiché la centrale di pompaggio deve realizzare due serbatoi, quello superiore e quello inferiore, che sono fortemente limitati dalle condizioni geografiche, non è facile costruire in pianura, l'area è ampia e i costi di manutenzione sono elevati. L'uso del sistema di accumulo di energia della batteria al litio ferro fosfato per sostituire la centrale di accumulo di pompaggio, per far fronte al carico di punta della rete elettrica, non limitato dalle condizioni geografiche, selezione libera del sito, meno investimenti, meno occupazione del suolo, bassi costi di manutenzione, giocherà un ruolo importante nel processo di regolazione del picco della rete elettrica.
3. Centrale elettrica distribuita.
A causa dei difetti della grande rete elettrica stessa, è difficile garantire i requisiti di qualità, efficienza, sicurezza e affidabilità dell'alimentazione. Per unità e aziende importanti, sono spesso necessari alimentatori doppi o anche più alimentatori come backup e protezione. Il sistema di accumulo di energia della batteria al litio ferro fosfato può ridurre o evitare interruzioni di corrente causate da guasti alla rete elettrica e vari eventi imprevisti e garantire un'alimentazione sicura e affidabile in ospedali, banche, centri di comando e controllo, centri di elaborazione dati, industrie di materiali chimici e precisione industrie manufatturiere. Giocare un ruolo importante.
Alimentazione 4UPS. Il continuo e rapido sviluppo dell'economia cinese ha portato al decentramento delle esigenze degli utenti degli alimentatori UPS, il che ha portato più industrie e più imprese ad avere una domanda continua di alimentatori UPS.
Rispetto alle batterie al piombo-acido, le batterie al litio ferro fosfato presentano i vantaggi di una lunga durata del ciclo, sicurezza e stabilità, protezione ambientale verde e basso tasso di autoscarica. sarà ampiamente utilizzato.
Applicazioni in altri campi
Le batterie al litio ferro fosfato sono ampiamente utilizzate anche in campo militare grazie alla loro buona durata del ciclo, sicurezza, prestazioni a bassa temperatura e altri vantaggi. Il 10 ottobre 2018, un'azienda di batterie nello Shandong ha fatto una forte apparizione alla prima mostra per il raggiungimento dell'innovazione tecnologica di integrazione militare-civile di Qingdao ed ha esposto prodotti militari tra cui batterie militari a bassissima temperatura -45 ℃.
Sistema di accumulo di energia della batteria al litio ferro fosfato
La batteria LiFePO4 ha una serie di vantaggi unici come alta tensione di lavoro, alta densità di energia, lunga durata del ciclo, protezione ambientale verde, ecc. E supporta l'espansione continua e può essere utilizzata per l'accumulo di energia elettrica su larga scala dopo aver formato un accumulo di energia sistema. Il sistema di accumulo di energia della batteria al litio ferro fosfato è costituito da un pacco batteria al litio ferro fosfato, un sistema di gestione della batteria (BMS), un dispositivo convertitore (raddrizzatore, inverter), un sistema di monitoraggio centrale e un trasformatore.
Nella fase di carica, l'alimentazione intermittente o la rete elettrica carica il sistema di accumulo di energia e la corrente alternata viene rettificata in corrente continua attraverso il raddrizzatore per caricare il modulo batteria di accumulo di energia e immagazzinare energia; nella fase di scarica, il sistema di accumulo di energia scarica alla rete elettrica o al carico e il modulo batteria di accumulo di energia La potenza CC dell'inverter viene convertita in potenza CA tramite l'inverter e l'uscita dell'inverter è controllata dal sistema di monitoraggio centrale , che può fornire un'uscita di potenza stabile alla rete o al carico.
Utilizzo Echelon della batteria al litio ferro fosfato
In generale, la batteria al litio ferro fosfato dei veicoli elettrici in pensione ha ancora quasi l'80% della capacità rimanente e c'è ancora il 20% della capacità dal limite inferiore del 60% della capacità completamente rottamata, che può essere utilizzata in occasioni con minore requisiti di alimentazione rispetto alle automobili, come veicoli elettrici a bassa velocità, stazioni base di comunicazione, ecc., per realizzare l'utilizzo a cascata delle batterie di scarto. Le batterie al litio ferro fosfato ritirate dalle automobili hanno ancora un elevato valore di utilizzo. Il processo di utilizzo a cascata della batteria di alimentazione è il seguente: riciclaggio aziendale della batteria ritirata – smantellamento – test e classificazione – smistamento per capacità – riorganizzazione del modulo batteria. A livello di preparazione della batteria, la densità di energia residua della batteria al litio ferro fosfato di scarto può raggiungere 60 ~ 90 Wh/kg e la durata del riciclaggio può raggiungere 400 ~ 1000 volte. Con il miglioramento del livello di preparazione della batteria, la durata del riciclaggio può essere ulteriormente migliorata. Rispetto alle batterie al piombo con una durata del ciclo di 45 Wh/kg e una durata del ciclo di circa 500 volte, le batterie al litio ferro fosfato di scarto presentano ancora vantaggi in termini di prestazioni. Inoltre, il costo delle batterie al litio ferro fosfato è basso, solo 4000 ~ 10000 yuan / t, il che è molto economico.
Caratteristiche di riciclaggio delle batterie al litio ferro fosfato
Crescita rapida e grandi scarti
Dallo sviluppo dell'industria dei veicoli elettrici, la Cina è diventata il più grande mercato di consumo al mondo per il fosfato di ferro e litio. Soprattutto dal 2012 al 2013, il tasso di crescita è stato di quasi il 200%. Nel 2013, il volume delle vendite di litio ferro fosfato in Cina è stato di circa 5797 t, rappresentando oltre il 50% delle vendite globali.
Nel 2014, il 75% dei materiali catodici al litio ferro fosfato è stato venduto alla Cina. La vita teorica delle batterie al litio ferro fosfato è compresa tra 7 e 8 anni (calcolata in 7 anni). Si prevede che circa 9400 t di litio ferro fosfato verranno demolite entro il 2021. Se l'enorme quantità di rifiuti non viene trattata, comporterà non solo inquinamento ambientale, ma anche sprechi energetici e perdite economiche.
Danno significativo
LiPF6, carbonato organico, rame e altre sostanze chimiche contenute nelle batterie al litio ferro fosfato sono elencati nell'elenco nazionale dei rifiuti pericolosi. LiPF6 è altamente corrosivo e si decompone facilmente per produrre HF a contatto con l'acqua; i solventi organici ei loro prodotti di decomposizione e idrolisi causeranno un grave inquinamento dell'atmosfera, dell'acqua, del suolo e danneggeranno l'ecosistema; metalli pesanti come il rame si accumulano nell'ambiente e alla fine gli esseri umani vengono danneggiati attraverso la catena biologica; una volta che il fosforo entra nei laghi e in altri corpi idrici, è molto facile causare l'eutrofizzazione dei corpi idrici. Si può vedere che se le batterie al litio ferro fosfato scartate non vengono riciclate, ciò causerà gravi danni all'ambiente e alla salute umana.
La tecnologia di riciclaggio è immatura
I dati esistenti mostrano che il riciclaggio delle batterie al litio ferro fosfato di scarto è diviso in due tipi: uno consiste nel recuperare i metalli e l'altro è rigenerare i materiali catodici al litio ferro fosfato.
(1) Recupero a umido di litio e ferro
Questo tipo di processo è principalmente quello di recuperare il litio. Poiché il litio ferro fosfato non contiene metalli preziosi, il processo di recupero del litio cobaltato viene modificato. In primo luogo, la batteria al litio ferro fosfato viene smontata per ottenere un materiale dell'elettrodo positivo, che viene frantumato e setacciato per ottenere polvere; quindi alla polvere viene aggiunta una soluzione alcalina per sciogliere alluminio e ossidi di alluminio, e filtrata per ottenere un residuo filtrante contenente litio, ferro, ecc.; si utilizza il residuo del filtro Si liscivia la soluzione mista di acido solforico e acqua ossigenata (riducente) ottenendo una soluzione di lisciviazione; aggiunta di alcali per precipitare idrossido ferrico e filtrazione per ottenere filtrato; bruciare idrossido ferrico per ottenere ossido ferrico; infine regolazione del valore di pH della soluzione di lisciviazione (5.0 ~ 8.0), filtrazione Dalla soluzione di lisciviazione si ottiene il filtrato e si aggiunge carbonato di sodio solido per concentrare e cristallizzare per ottenere carbonato di litio.
(2) Litio ferro fosfato rigenerato
Il singolo recupero di un determinato elemento rende relativamente basso il beneficio economico del recupero del litio ferro fosfato senza metalli preziosi. Pertanto, la rigenerazione in fase solida del litio ferro fosfato viene utilizzata principalmente per trattare le batterie al litio ferro fosfato di scarto. Questo processo offre vantaggi di recupero elevati e un elevato tasso di utilizzo completo delle risorse.
In primo luogo, la batteria al litio ferro fosfato viene smontata per ottenere il materiale dell'elettrodo positivo, che viene frantumato e setacciato per ottenere polvere; dopodiché, la grafite residua e il legante vengono rimossi mediante trattamento termico, quindi alla polvere viene aggiunta la soluzione alcalina per sciogliere l'alluminio e gli ossidi di alluminio; Filtrare i residui contenenti litio, ferro, ecc., analizzare il rapporto molare di ferro, litio e fosforo nel residuo del filtro, aggiungere la fonte di ferro, la fonte di litio e la fonte di fosforo, regolare il rapporto molare di ferro, litio e fosforo su 1:1: 1; aggiungere la fonte di carbonio, dopo la macinazione a sfere, il nuovo materiale catodico di fosfato di ferro e litio è ottenuto calcinando in un'atmosfera inerte.
Sistema di riciclaggio incompleto
Il piano nazionale "863", il piano "973" e il piano di sviluppo del settore high-tech "Undicesimo quinquennale" classificano tutti le batterie al litio ferro fosfato come aree di supporto chiave, ma i requisiti tecnici di produzione delle batterie sono relativamente severi, con conseguente aumento dei prezzi delle batterie . Su motociclette elettriche e un numero limitato di auto. Pertanto, le batterie di alimentazione dei veicoli non sono state ancora demolite in grandi quantità e non è stato ancora istituito un sistema sistematico e professionale di riciclaggio delle batterie di alimentazione dei veicoli. Il sistema di riciclaggio esistente presenta alcuni problemi e l'efficienza di riciclaggio è bassa.
Questo problema è causato principalmente dai seguenti aspetti:
(1) Importo meno riciclabile
Un gran numero di batterie usate sono disperse nelle mani delle persone, ma le persone non hanno un posto dove metterle, quindi vengono smaltite insieme ai rifiuti domestici, in modo che i rifiuti recuperati dalle batterie individuali siano quasi nulli e la maggior parte delle batterie riciclate vengono prodotte nel processo produttivo delle imprese di produzione Rottami o vecchi materiali in magazzino, il numero di batterie di grande potenza recuperate è ancora inferiore.
(2) Il sistema di riciclaggio non è perfetto
In Cina non è stato ancora istituito un sistema dedicato al riciclo delle batterie, e si tratta principalmente della vasta raccolta di piccole officine. il mio paese è un importante produttore e consumatore di batterie agli ioni di litio, ma a causa della sua numerosa popolazione, la proprietà pro capite di batterie è relativamente piccola. Per molto tempo, le aziende di riciclaggio non hanno riciclato singole batterie agli ioni di litio che non avevano valore di riciclaggio.
(3) Elevate barriere all'ingresso
Se un'impresa desidera riciclare e smaltire le batterie usate, deve richiedere una licenza commerciale per i rifiuti pericolosi in conformità con la "Legge sulla protezione ambientale della Repubblica popolare cinese" e le "Misure amministrative per i permessi relativi ai rifiuti pericolosi". Al contrario, ci sono un gran numero di aziende di piccola scala e low-tech, che causano il problema che le batterie non possono essere raccolte in modo centralizzato.
(4) Elevato costo di recupero
Un gran numero di materiali al litio ferro fosfato viene utilizzato nell'elettrodo positivo delle batterie di alimentazione o di accumulo di energia e la domanda è di gran lunga maggiore di quella delle normali batterie di piccole dimensioni. Il loro riciclaggio ha un alto valore sociale, ma il costo del riciclaggio è elevato e le batterie al litio ferro fosfato non contengono metalli preziosi con un basso valore economico.
(5) Scarsa consapevolezza del riciclaggio
Per molto tempo, c'è stata poca pubblicità e educazione sul riciclaggio delle batterie usate nel mio paese, con conseguente mancanza di una comprensione approfondita da parte dei cittadini dei rischi di inquinamento delle batterie usate e nessuna consapevolezza del riciclaggio consapevole.
Smontaggio e riciclaggio delle batterie al litio ferro fosfato
Le batterie che non hanno un valore di utilizzo in cascata nelle batterie al litio ferro fosfato ritirate e le batterie dopo l'utilizzo in cascata entreranno alla fine nella fase di smantellamento e riciclaggio. La differenza tra le batterie al litio ferro fosfato e le batterie in materiale ternario è che non contengono metalli pesanti e il recupero è principalmente Li, P e Fe. Il valore aggiunto dei prodotti recuperati è basso e occorre sviluppare un percorso di recupero a basso costo. Esistono principalmente due metodi di riciclaggio: metodo a fuoco e metodo a umido.
Processo di recupero dal fuoco
Il recupero tradizionale dal fuoco è generalmente l'incenerimento ad alta temperatura delle lastre di elettrodi, che brucia il carbonio e la materia organica nei frammenti di elettrodo, e le ceneri rimanenti che non possono essere bruciate vengono infine vagliate per ottenere materiali in polvere fini contenenti metalli e ossidi metallici. Il processo di questo metodo è semplice, ma il processo di trattamento è lungo e il tasso di recupero completo dei metalli preziosi è basso. La tecnologia di recupero dal fuoco migliorata rimuove il legante organico attraverso la calcinazione, separa la polvere di fosfato di ferro di litio dal foglio di alluminio e ottiene il materiale di fosfato di ferro di litio, quindi aggiunge una quantità adeguata di materie prime per ottenere il litio, il ferro e il fosforo richiesti . Rapporto molare, un nuovo litio ferro fosfato è stato sintetizzato con un metodo in fase solida ad alta temperatura. Secondo le stime dei costi, il migliore riciclaggio piro-secco delle batterie al litio ferro fosfato di scarto può essere redditizio, ma il nuovo litio ferro fosfato preparato secondo questo processo di riciclaggio presenta molte impurità e prestazioni instabili.
Processo di riciclaggio a umido
Il recupero a umido consiste principalmente nel dissolvere gli ioni metallici nella batteria al litio ferro fosfato attraverso una soluzione acido-base e utilizzare ulteriormente la precipitazione, l'adsorbimento, ecc. Per estrarre gli ioni metallici disciolti sotto forma di ossidi e sali. La maggior parte dei processi di reazione utilizza H2SO4, NaOH e reagenti come H2O2. Il processo di riciclaggio a umido è semplice, i requisiti delle apparecchiature non sono elevati ed è adatto per la produzione su scala industriale.
Il riciclaggio a umido delle batterie al litio ferro fosfato si basa principalmente sul riciclaggio degli elettrodi positivi. Quando l'elettrodo positivo al litio ferro fosfato viene recuperato mediante il processo a umido, il collettore di corrente in foglio di alluminio deve essere separato prima dal materiale attivo dell'elettrodo positivo. Uno dei metodi consiste nell'utilizzare la liscivia per dissolvere il collettore di corrente e il materiale attivo non reagisce con la liscivia e il materiale attivo può essere ottenuto mediante filtrazione. Il secondo metodo consiste nel dissolvere il legante PVDF con un solvente organico, in modo che il materiale dell'elettrodo positivo al litio ferro fosfato sia separato dal foglio di alluminio, il foglio di alluminio venga riutilizzato, il materiale attivo possa essere sottoposto a successivo trattamento e il solvente organico può essere distillato per realizzarne il riciclo. Rispetto ai due metodi, il secondo metodo è più ecologico e sicuro. Uno dei recuperi del litio ferro fosfato nell'elettrodo positivo consiste nel generare carbonato di litio. Questo metodo di riciclaggio ha un basso costo ed è adottato dalla maggior parte delle imprese di riciclaggio di litio ferro fosfato. Tuttavia, il fosfato di ferro (contenuto del 95%), il componente principale del fosfato di ferro di litio, non è stato riciclato, con conseguente spreco di risorse.
Il metodo di recupero a umido ideale è convertire i materiali catodici di litio ferro fosfato di scarto in sali di litio e fosfati di ferro per ottenere il recupero completo degli elementi di Li, Fe e P. Per trasformare il fosfato ferroso di litio in sale di litio e fosfato di ferro, il ferro ferroso ha bisogno da ossidare a ferro ferrico e il litio viene lisciviato mediante lisciviazione acida o lisciviazione alcalina. Alcuni studiosi usano la calcinazione ossidativa per separare le scaglie di alluminio e il fosfato di ferro di litio, quindi la lisciviazione e la separazione con acido solforico per ottenere il fosfato di ferro grezzo, e la soluzione viene decontaminata con carbonato di sodio per precipitare in carbonato di litio; il filtrato viene evaporato e cristallizzato per ottenere un prodotto anidro di solfato di sodio e venduto come sottoprodotto; Il fosfato di ferro grezzo viene ulteriormente raffinato per ottenere fosfato di ferro da batteria, che può essere utilizzato per la preparazione di materiali di fosfato di ferro e litio. Questo processo è stato relativamente maturo dopo anni di ricerca.
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Conoscenza della batteria Quara
