A bateria de fosfato de ferro de lítio é uma bateria de íon de lítio usando fosfato de ferro de lítio (LiFePO4) como material de eletrodo positivo e carbono como material de eletrodo negativo.
Durante o processo de carregamento, alguns dos íons de lítio no fosfato de ferro de lítio são extraídos, transferidos para o eletrodo negativo através do eletrólito e incorporados no material de carbono do eletrodo negativo; ao mesmo tempo, os elétrons são liberados do eletrodo positivo e chegam ao eletrodo negativo do circuito externo para manter o equilíbrio da reação química. Durante o processo de descarga, os íons de lítio saem do eletrodo negativo e atingem o eletrodo positivo através do eletrólito. Ao mesmo tempo, o eletrodo negativo libera elétrons e atinge o eletrodo positivo do circuito externo para fornecer energia para o mundo exterior.
Nome chinês: 磷酸铁锂电池
Nome estrangeiro: Bateria de fosfato de ferro de lítio
Abreviação: LIFEPO4
Eletrodo positivo: fosfato de ferro de lítio
Eletrodo Negativo: Carbono (Grafite)
Tensão nominal: carregamento de 3.2V
Tensão de corte: 3.6 V ~ 3.65 V
Vantagens: alta tensão de trabalho, alta densidade de energia, longa vida útil, bom desempenho de segurança, baixa taxa de auto-descarga, sem efeito de memória
Introdução à bateria de fosfato de ferro de lítio
Na estrutura cristalina do LiFePO4, os átomos de oxigênio estão dispostos em um arranjo hexagonal compacto.
Os tetraedros PO43 e FeO6 octaedros constituem o esqueleto espacial do cristal, Li e Fe ocupam os vazios octaédricos, enquanto P ocupa os vazios tetraédricos, em que Fe ocupa as posições de compartilhamento de canto do octaedro e Li ocupa as posições de compartilhamento de borda do octaedro. Os octaedros de FeO6 são conectados uns aos outros no plano bc do cristal, e as estruturas octaédricas de LiO6 na direção do eixo b são conectadas entre si em uma estrutura semelhante a uma cadeia. 1 octaedro de FeO6 compartilha arestas com 2 octaedros de LiO6 e 1 tetraedro de PO43.
Devido à descontinuidade da rede octaédrica de compartilhamento de borda FeO6, a condução eletrônica não pode ser formada; ao mesmo tempo, o tetraedro PO43 limita a mudança de volume da rede, o que afeta a desintercalação e difusão eletrônica do Li+, resultando na condutividade eletrônica e difusão iônica do material catódico LiFePO4. Muito ineficiente.
A capacidade específica teórica da bateria LiFePO4 é alta (cerca de 170mAh/g), e a plataforma de descarga é de 3.4V. O Li+ é desintercalado para frente e para trás entre os eletrodos positivo e negativo para realizar carga e descarga. Durante o carregamento, ocorre uma reação de oxidação, o Li+ migra do eletrodo positivo e é incorporado no eletrodo negativo através do eletrólito. O ferro muda de Fe2+ para Fe3+ e ocorre uma reação de oxidação.
Características estruturais da bateria de fosfato de ferro de lítio
O lado esquerdo da bateria de fosfato de ferro e lítio é um eletrodo positivo composto por um material de estrutura olivina LiFePO4, que é conectado ao eletrodo positivo da bateria por uma folha de alumínio. À direita está o eletrodo negativo da bateria composto de carbono (grafite), que é conectado ao eletrodo negativo da bateria por uma folha de cobre. No meio está um separador de polímero, que separa os eletrodos positivos e negativos, através dos quais os íons de lítio podem passar, mas os elétrons não. O interior da bateria é preenchido com eletrólito e a bateria é hermeticamente selada por um invólucro de metal.
A reação de carga-descarga da bateria de fosfato de ferro de lítio é realizada entre as duas fases de LiFePO4 e FePO4. Durante o processo de carregamento, LiFePO4 é gradualmente separado dos íons de lítio para formar FePO4, e durante o processo de descarga, os íons de lítio são intercalados em FePO4 para formar LiFePO4.
O princípio de carregamento e descarregamento da bateria de fosfato de ferro de lítio
Quando a bateria é carregada, os íons de lítio migram do cristal de fosfato de ferro e lítio para a superfície do cristal, entram no eletrólito sob a ação da força do campo elétrico, passam pelo separador e migram para a superfície do cristal de grafite através do eletrólito e, em seguida, embutir na rede de grafite.
Ao mesmo tempo, os elétrons fluem para o coletor de folha de alumínio do eletrodo positivo através do condutor, fluem para o coletor de folha de cobre do eletrodo negativo da bateria através da guia, o pólo positivo da bateria, o circuito externo, o pólo negativo e o pólo negativo, e então fluir para o pólo negativo de grafite através do condutor. , de modo que a carga do eletrodo negativo atinja um equilíbrio. Depois que os íons de lítio são desintercalados do fosfato de ferro de lítio, o fosfato de ferro de lítio é convertido em fosfato de ferro.
Quando a bateria está descarregada, os íons de lítio são desintercalados do cristal de grafite, entram no eletrólito e, em seguida, passam pelo separador, migram para a superfície do cristal de fosfato de ferro de lítio através do eletrólito e, em seguida, reinserem na rede do fosfato de ferro lítio.
Ao mesmo tempo, os elétrons fluem para o coletor de folha de cobre do eletrodo negativo através do condutor e fluem para o coletor de folha de alumínio do eletrodo positivo da bateria através da aba, o pólo negativo da bateria, o circuito externo, o pólo positivo e o pólo positivo, e então fluem para o fosfato de ferro através do condutor. O eletrodo positivo de lítio equilibra a carga do eletrodo positivo. Depois que os íons de lítio são intercalados no cristal de fosfato de ferro, o fosfato de ferro é convertido em fosfato de ferro de lítio.
Características da bateria LiFePO4
maior densidade de energia
Segundo relatos, a densidade de energia da bateria quadrada de fosfato de ferro e lítio com casca de alumínio produzida em massa em 2018 é de cerca de 160Wh/kg. Em 2019, alguns excelentes fabricantes de baterias provavelmente poderão atingir o nível de 175-180Wh/kg. A tecnologia e a capacidade do chip são maiores, ou 185Wh/kg podem ser alcançados.
bom desempenho de segurança
O desempenho eletroquímico do material catódico da bateria de fosfato de ferro e lítio é relativamente estável, o que determina que ele tenha uma plataforma de carga e descarga estável. Portanto, a estrutura da bateria não mudará durante o processo de carga e descarga e não queimará e explodirá. Ainda é muito seguro sob condições especiais, como carregamento, compressão e acupuntura.
longo ciclo de vida
A vida útil do ciclo 1C das baterias de fosfato de ferro e lítio geralmente atinge 2,000 vezes, ou até mais de 3,500 vezes, enquanto o mercado de armazenamento de energia requer mais de 4,000-5,000 vezes, garantindo uma vida útil de 8-10 anos, que é superior a 1,000 ciclos de baterias ternárias. O ciclo de vida das baterias de chumbo-ácido de longa duração é de cerca de 300 vezes.
Síntese de LiFePO4
O processo de síntese do fosfato de ferro-lítio foi basicamente aperfeiçoado e é dividido principalmente em método de fase sólida e método de fase líquida. Entre eles, o método de reação em fase sólida de alta temperatura é o mais comumente usado, e alguns pesquisadores combinam o método de síntese por micro-ondas no método de fase sólida e o método de síntese hidrotérmica no método de fase líquida – o método hidrotérmico de micro-ondas.
Além disso, os métodos de síntese de fosfato de ferro de lítio também incluem método biônico, método de secagem por resfriamento, método de secagem por emulsificação, método de deposição de laser pulsado, etc. caminho do Li+, a área de contato entre as duas fases aumenta e a taxa de difusão do Li+ aumenta.
Aplicação industrial de bateria de fosfato de ferro de lítio
Aplicação da nova indústria de veículos de energia
O “Plano de Desenvolvimento da Indústria de Veículos de Nova Energia e Economia de Energia” da China propõe que “o objetivo geral do desenvolvimento de veículos de nova energia é: até 2020, a produção e vendas cumulativas de veículos de nova energia atingirão 5 milhões de unidades, e a escala de economia e a indústria de veículos de nova energia estarão na vanguarda do mundo”. . As baterias de fosfato de ferro-lítio são amplamente utilizadas em automóveis de passageiros, automóveis de passageiros, veículos de logística, veículos elétricos de baixa velocidade, etc. devido às suas vantagens de boa segurança e baixo custo. Influenciadas pela política, as baterias ternárias ocupam uma posição dominante com a vantagem da densidade energética, mas as baterias de fosfato de ferro e lítio ainda ocupam vantagens insubstituíveis em automóveis de passageiros, veículos de logística e outros campos. No domínio dos automóveis de passageiros, as baterias de lítio-ferro-fosfato representaram cerca de 76%, 81%, 78% dos 5º, 6º e 7º lotes do “Catálogo de Modelos Recomendados para a Promoção e Aplicação de Veículos de Nova Energia” (doravante referido como “Catálogo”) em 2018. %, mantendo-se ainda o mainstream. No domínio dos veículos especiais, as baterias de lítio-fosfato de ferro representaram cerca de 30%, 32% e 40% dos 5º, 6º e 7º lotes do “Catálogo” em 2018, respetivamente, e a proporção de aplicações tem vindo a aumentar gradualmente .
Yang Yusheng, acadêmico da Academia Chinesa de Engenharia, acredita que o uso de baterias de fosfato de ferro e lítio no mercado de veículos elétricos de alcance estendido pode não apenas melhorar a segurança dos veículos, mas também apoiar a comercialização de veículos elétricos de alcance estendido, eliminando a quilometragem, segurança, preço e custo de veículos elétricos puros. Ansiedade sobre o carregamento, problemas de bateria subsequentes, etc. Durante o período de 2007 a 2013, muitas montadoras lançaram projetos de veículos elétricos puros de alcance estendido.
Inicie o aplicativo na energia
Além das características das baterias de lítio de potência, a bateria de fosfato de ferro de lítio de partida também tem a capacidade de produzir alta potência instantaneamente. A bateria de chumbo-ácido tradicional é substituída por uma bateria de lítio com energia inferior a um quilowatt-hora, e o motor de partida e gerador tradicionais são substituídos por um motor BSG. , não só tem a função de start-stop em marcha lenta, mas também tem as funções de desligamento e desaceleração do motor, recuperação de energia de desaceleração e frenagem, reforço de aceleração e cruzeiro elétrico.
Aplicações no mercado de armazenamento de energia
A bateria LiFePO4 tem uma série de vantagens exclusivas, como alta tensão de trabalho, alta densidade de energia, longa vida útil, baixa taxa de autodescarga, sem efeito de memória, proteção ambiental verde, etc., e suporta expansão contínua, adequada para eletricidade em larga escala armazenamento de energia, em energia renovável As estações de energia têm boas perspectivas de aplicação nas áreas de conexão segura à rede de geração de energia, regulação de pico da rede elétrica, estações de energia distribuídas, fontes de alimentação UPS e sistemas de fornecimento de energia de emergência.
De acordo com o último relatório de armazenamento de energia divulgado recentemente pela GTM Research, uma organização internacional de pesquisa de mercado, a aplicação de projetos de armazenamento de energia do lado da rede na China em 2018 continuou a aumentar o consumo de baterias de fosfato de ferro e lítio.
Com a ascensão do mercado de armazenamento de energia, nos últimos anos, algumas empresas de baterias de energia implantaram negócios de armazenamento de energia para abrir novos mercados de aplicação para baterias de fosfato de ferro e lítio. Por um lado, devido às características de vida ultra longa, uso seguro, grande capacidade e proteção ambiental verde, o fosfato de ferro de lítio pode ser transferido para o campo de armazenamento de energia, o que ampliará a cadeia de valor e promoverá o estabelecimento de um novo modelo de negócios. Por outro lado, o sistema de armazenamento de energia que suporta a bateria de fosfato de ferro e lítio tornou-se a principal escolha do mercado. Segundo relatos, as baterias de fosfato de ferro e lítio foram usadas em ônibus elétricos, caminhões elétricos, regulação de frequência do lado do usuário e do lado da rede.
1. Conexão segura à rede de geração de energia de energia renovável, como geração de energia eólica e geração de energia fotovoltaica. A aleatoriedade, intermitência e volatilidade inerentes à geração de energia eólica determinam que seu desenvolvimento em larga escala inevitavelmente terá um impacto significativo na operação segura do sistema de energia. Com o rápido desenvolvimento da indústria de energia eólica, especialmente a maioria dos parques eólicos em meu país são “desenvolvimento centralizado em larga escala e transmissão de longa distância”, a geração de energia conectada à rede de parques eólicos de grande escala apresenta sérios desafios para o operação e controle de grandes redes elétricas.
A geração de energia fotovoltaica é afetada pela temperatura ambiente, intensidade da luz solar e condições climáticas, e a geração de energia fotovoltaica apresenta as características de flutuações aleatórias. meu país apresenta uma tendência de desenvolvimento de “desenvolvimento descentralizado, acesso local de baixa tensão” e “desenvolvimento em larga escala, acesso de média e alta tensão”, que apresenta requisitos mais altos para regulação de pico da rede elétrica e operação segura dos sistemas de energia.
Portanto, produtos de armazenamento de energia de grande capacidade tornaram-se um fator chave para resolver a contradição entre a rede e a geração de energia renovável. O sistema de armazenamento de energia da bateria de fosfato de ferro de lítio tem as características de conversão rápida das condições de trabalho, modo de operação flexível, alta eficiência, segurança e proteção ambiental e forte escalabilidade. Problema de controle de tensão local, melhora a confiabilidade da geração de energia de energia renovável e melhora a qualidade da energia, para que a energia renovável possa se tornar uma fonte de alimentação contínua e estável. [2]
Com a expansão contínua de capacidade e escala, e a maturidade contínua da tecnologia integrada, o custo dos sistemas de armazenamento de energia será ainda mais reduzido. Após testes de segurança e confiabilidade de longo prazo, espera-se que os sistemas de armazenamento de energia de baterias de fosfato de ferro e lítio sejam usados em energia renovável, como energia eólica e geração de energia fotovoltaica. Tem sido amplamente utilizado na conexão segura da rede de geração de energia e na melhoria da qualidade da energia.
2. Regulação de picos da rede elétrica. O principal meio de regulação dos picos da rede elétrica sempre foram as usinas de armazenamento bombeado. Como a usina reversível precisa construir dois reservatórios, o superior e o inferior, que são bastante restritos pelas condições geográficas, não é fácil construir na planície, a área é grande e o custo de manutenção é alto. O uso de sistema de armazenamento de energia de bateria de fosfato de ferro de lítio para substituir a usina de armazenamento bombeado, para lidar com o pico de carga da rede elétrica, não limitado por condições geográficas, seleção gratuita de locais, menos investimento, menos ocupação do solo, baixo custo de manutenção, desempenhará um papel importante no processo de regulação dos picos da rede elétrica.
3. Central elétrica distribuída.
Devido aos defeitos da própria grande rede elétrica, é difícil garantir os requisitos de qualidade, eficiência, segurança e confiabilidade do fornecimento de energia. Para unidades e empresas importantes, fontes de alimentação duplas ou mesmo fontes de alimentação múltiplas são frequentemente necessárias como backup e proteção. O sistema de armazenamento de energia da bateria de fosfato de ferro de lítio pode reduzir ou evitar quedas de energia causadas por falhas na rede elétrica e vários eventos inesperados, e garantir o fornecimento de energia seguro e confiável em hospitais, bancos, centros de comando e controle, centros de processamento de dados, indústrias de materiais químicos e precisão indústrias manufatureiras. Desempenhar um papel importante.
Fonte de alimentação 4UPS. O desenvolvimento contínuo e rápido da economia da China levou à descentralização das necessidades dos usuários de fontes de alimentação UPS, o que fez com que mais indústrias e mais empresas tivessem uma demanda contínua por fontes de alimentação UPS.
Em comparação com as baterias de chumbo-ácido, as baterias de fosfato de ferro e lítio têm as vantagens de um longo ciclo de vida, segurança e estabilidade, proteção ambiental verde e baixa taxa de autodescarga. será amplamente utilizado.
Aplicações em outros campos
As baterias de fosfato de ferro-lítio também são amplamente utilizadas no campo militar devido ao seu bom ciclo de vida, segurança, desempenho em baixas temperaturas e outras vantagens. Em 10 de outubro de 2018, uma empresa de baterias em Shandong fez uma forte aparição na primeira Exposição de Realização de Inovação em Tecnologia de Integração Militar-Civil de Qingdao e exibiu produtos militares, incluindo baterias militares de temperatura ultrabaixa de -45 ℃.
Sistema de armazenamento de energia de bateria de fosfato de ferro de lítio
A bateria LiFePO4 tem uma série de vantagens exclusivas, como alta tensão de trabalho, alta densidade de energia, ciclo de vida longo, proteção ambiental verde, etc., e suporta expansão contínua e pode ser usada para armazenamento de energia elétrica em larga escala após a formação de um armazenamento de energia sistema. O sistema de armazenamento de energia da bateria de fosfato de ferro de lítio consiste em uma bateria de fosfato de ferro de lítio, um sistema de gerenciamento de bateria (BMS), um dispositivo conversor (retificador, inversor), um sistema de monitoramento central e um transformador.
Na etapa de carregamento, a fonte de alimentação intermitente ou a rede elétrica carrega o sistema de armazenamento de energia, e a corrente alternada é retificada em corrente contínua através do retificador para carregar o módulo de bateria de armazenamento de energia e armazenar energia; na fase de descarga, o sistema de armazenamento de energia descarrega na rede elétrica ou na carga, e o módulo de bateria de armazenamento de energia A energia CC do inversor é convertida em energia CA através do inversor, e a saída do inversor é controlada pelo sistema de monitoramento central , que pode fornecer saída de energia estável para a rede ou carga.
Utilização escalável da bateria de fosfato de ferro e lítio
De um modo geral, a bateria de fosfato de ferro e lítio aposentada de veículos elétricos ainda tem quase 80% da capacidade restante, e ainda há 20% da capacidade do limite inferior de 60% da capacidade completamente sucateada, que pode ser usada em ocasiões com menor requisitos de energia do que os automóveis, como veículos elétricos de baixa velocidade, estações base de comunicação, etc., para realizar a utilização em cascata de baterias usadas. As baterias de fosfato de ferro-lítio retiradas dos automóveis ainda têm alto valor de utilização. O processo de utilização em cascata da bateria de energia é o seguinte: empresa reciclando bateria aposentada – desmontagem – teste e classificação – classificação por capacidade – reorganização do módulo de bateria. No nível de preparação da bateria, a densidade de energia residual da bateria de fosfato de ferro de lítio residual pode chegar a 60~90Wh/kg, e a vida útil de reciclagem pode chegar a 400~1000 vezes. Com a melhoria do nível de preparação da bateria, a vida útil da reciclagem pode ser melhorada. Em comparação com baterias de chumbo-ácido com um ciclo de vida de 45Wh/kg e um ciclo de vida de cerca de 500 vezes, as baterias de fosfato de ferro e lítio ainda apresentam vantagens de desempenho. Além disso, o custo das baterias de fosfato de ferro de lítio é baixo, apenas 4000~10000 yuan/t, o que é muito econômico.
Características de reciclagem de baterias de fosfato de ferro e lítio
Crescimento rápido e grande sucata
Desde o desenvolvimento da indústria de veículos elétricos, a China se tornou o maior mercado consumidor mundial de fosfato de ferro-lítio. Especialmente de 2012 a 2013, a taxa de crescimento foi de quase 200%. Em 2013, o volume de vendas de fosfato de ferro e lítio na China foi de cerca de 5797 toneladas, representando mais de 50% das vendas globais.
Em 2014, 75% dos materiais de cátodo de fosfato de ferro e lítio foram vendidos para a China. A vida teórica das baterias de fosfato de ferro e lítio é de 7 a 8 anos (calculada em 7 anos). Espera-se que cerca de 9400 t de fosfato de ferro e lítio sejam descartados até 2021. Se a enorme quantidade de resíduos não for tratada, trará não apenas poluição ambiental, mas também desperdício de energia e perdas econômicas.
Dano significativo
LiPF6, carbonato orgânico, cobre e outras substâncias químicas contidas em baterias de fosfato de ferro e lítio estão listadas na lista nacional de resíduos perigosos. O LiPF6 é altamente corrosivo e se decompõe facilmente para produzir HF em contato com a água; solventes orgânicos e seus produtos de decomposição e hidrólise causarão grave poluição à atmosfera, água, solo e prejudicarão o ecossistema; metais pesados como o cobre se acumulam no meio ambiente e, eventualmente, os seres humanos são prejudicados através da cadeia biológica; uma vez que o fósforo entra em lagos e outros corpos d'água, é muito fácil causar a eutrofização dos corpos d'água. Pode-se ver que se as baterias de fosfato de ferro e lítio descartadas não forem recicladas, causará grandes danos ao meio ambiente e à saúde humana.
A tecnologia de reciclagem é imatura
Os dados existentes mostram que a reciclagem de resíduos de baterias de fosfato de ferro-lítio é dividida em dois tipos: um é para recuperar metais e o outro é para regenerar materiais catódicos de fosfato de ferro-lítio.
(1) Recuperação úmida de lítio e ferro
Este tipo de processo é principalmente para recuperar lítio. Como o fosfato de ferro e lítio não contém metais preciosos, o processo de recuperação do cobalto de lítio é modificado. Primeiramente, a bateria de fosfato de ferro e lítio é desmontada para obter um material de eletrodo positivo, que é triturado e peneirado para obter pó; em seguida, uma solução alcalina é adicionada ao pó para dissolver alumínio e óxidos de alumínio e filtrada para obter um resíduo de filtro contendo lítio, ferro, etc.; o resíduo do filtro é usado A solução mista de ácido sulfúrico e peróxido de hidrogênio (agente redutor) é lixiviada para obter solução de lixiviação; adição de álcali para precipitar hidróxido férrico e filtragem para obter filtrado; queima de hidróxido férrico para obter óxido férrico; finalmente ajustando o valor de pH da solução de lixiviação (5.0 ~ 8.0), filtrando O filtrado é obtido a partir da solução de lixiviação, e carbonato de sódio sólido é adicionado para concentrar e cristalizar para obter carbonato de lítio.
(2) Fosfato de ferro-lítio regenerado
A recuperação única de um determinado elemento torna o benefício econômico da recuperação de fosfato de ferro-lítio sem metais preciosos relativamente baixo. Portanto, a regeneração em fase sólida de fosfato de ferro de lítio é usada principalmente para tratar resíduos de baterias de fosfato de ferro de lítio. Esse processo tem altos benefícios de recuperação e alta taxa de utilização abrangente de recursos.
Primeiramente, a bateria de fosfato de ferro e lítio é desmontada para obter o material do eletrodo positivo, que é triturado e peneirado para obter o pó; depois disso, o grafite residual e o ligante são removidos por tratamento térmico e, em seguida, a solução alcalina é adicionada ao pó para dissolver alumínio e óxidos de alumínio; Filtre o resíduo contendo lítio, ferro, etc., analise a proporção molar de ferro, lítio e fósforo no resíduo do filtro, adicione fonte de ferro, fonte de lítio e fonte de fósforo, ajuste a proporção molar de ferro, lítio e fósforo para 1:1: 1; adicionar fonte de carbono, Após a moagem de bolas, o novo material de cátodo de fosfato de ferro de lítio é obtido por calcinação em atmosfera inerte.
Sistema de reciclagem incompleto
O plano nacional “863”, o plano “973” e o plano de desenvolvimento da indústria de alta tecnologia “Décimo Primeiro Quinquenal” classificam as baterias de fosfato de ferro e lítio como principais áreas de suporte, mas os requisitos técnicos de produção de baterias são relativamente rigorosos, resultando em altos preços de bateria . Em motocicletas elétricas e um pequeno número de carros. Portanto, as baterias de energia de veículos ainda não foram descartadas em grandes quantidades e um sistema sistemático e profissional de reciclagem de baterias de energia de veículos ainda não foi estabelecido. O sistema de reciclagem existente apresenta alguns problemas e a eficiência da reciclagem é baixa.
Este problema é causado principalmente pelos seguintes aspectos:
(1) Quantidade menos reciclável
Um grande número de pilhas usadas está espalhado nas mãos das pessoas, mas as pessoas não têm onde colocá-las, então elas são descartadas junto com o lixo doméstico, de modo que os resíduos de pilhas recuperados dos indivíduos são quase zero, e a maioria das baterias recicladas são produzidas no processo de produção das empresas de produção Sucata ou materiais antigos em estoque, o número de baterias de grande potência recuperadas é ainda menor.
(2) O sistema de reciclagem não é perfeito
Um sistema dedicado à reciclagem de baterias ainda não foi estabelecido na China, e é principalmente a extensa coleção de pequenas oficinas. meu país é um grande produtor e consumidor de baterias de íons de lítio, mas devido à sua grande população, a propriedade de baterias per capita é relativamente pequena. Por muito tempo, as empresas de reciclagem não reciclaram baterias de íons de lítio individuais que não tinham valor de reciclagem.
(3) Altas barreiras à entrada
Se uma empresa deseja reciclar e descartar baterias usadas, deve solicitar uma licença comercial de resíduos perigosos de acordo com a “Lei de Proteção Ambiental da República Popular da China” e as “Medidas Administrativas para Permissões de Experiência de Resíduos Perigosos”. Pelo contrário, há um grande número de empresas de pequena escala e baixa tecnologia, que causam o problema de que as baterias não podem ser coletadas de maneira centralizada.
(4) Alto custo de recuperação
Um grande número de materiais de fosfato de ferro e lítio é usado no eletrodo positivo de energia ou baterias de armazenamento de energia, e a demanda é muito maior do que a de pequenas baterias comuns. Reciclá-las tem alto valor social, mas o custo de reciclagem é alto, e as baterias de fosfato de ferro e lítio não contêm metais valiosos com baixo valor econômico.
(5) Fraca consciência de reciclagem
Por muito tempo, houve pouca publicidade e educação sobre a reciclagem de baterias usadas no meu país, resultando em uma falta de conhecimento profundo dos cidadãos sobre os riscos de poluição das baterias usadas e nenhuma conscientização sobre a reciclagem consciente.
Desmontagem e reciclagem de baterias de fosfato de ferro de lítio
As baterias que não têm valor de utilização em cascata em baterias de fosfato de ferro e lítio aposentadas e baterias após a utilização em cascata acabarão entrando no estágio de desmontagem e reciclagem. A diferença entre baterias de fosfato de ferro e lítio e baterias de material ternário é que elas não contêm metais pesados, e a recuperação é principalmente Li, P e Fe. O valor agregado dos produtos recuperados é baixo, e uma rota de recuperação de baixo custo precisa ser desenvolvida. Existem basicamente dois métodos de reciclagem: método de fogo e método úmido.
Processo de recuperação de incêndio
A recuperação tradicional do fogo é geralmente a incineração de chapas de eletrodos em alta temperatura, que queima o carbono e a matéria orgânica nos fragmentos dos eletrodos, e as cinzas restantes que não podem ser queimadas são finalmente peneiradas para obter materiais em pó fino contendo metais e óxidos metálicos. O processo deste método é simples, mas o processo de tratamento é longo e a taxa de recuperação abrangente de metais valiosos é baixa. A tecnologia aprimorada de recuperação de fogo remove o aglutinante orgânico através da calcinação, separa o pó de fosfato de ferro de lítio da folha de alumínio e obtém o material de fosfato de ferro de lítio e, em seguida, adiciona uma quantidade apropriada de matérias-primas para obter o lítio, ferro e fósforo necessários . Razão molar, um novo fosfato de ferro-lítio foi sintetizado por um método de fase sólida de alta temperatura. De acordo com estimativas de custo, a reciclagem piro-seca aprimorada de baterias de fosfato de ferro de lítio usadas pode ser lucrativa, mas o fosfato de ferro de lítio recém-preparado de acordo com esse processo de reciclagem tem muitas impurezas e desempenho instável.
Processo de reciclagem úmido
A recuperação úmida é principalmente para dissolver os íons metálicos na bateria de fosfato de ferro e lítio através de uma solução ácido-base, e ainda usar precipitação, adsorção, etc., para extrair os íons metálicos dissolvidos na forma de óxidos e sais. A maioria dos processos de reação usa H2SO4, NaOH e reagentes como H2O2. O processo de reciclagem úmida é simples, os requisitos de equipamento não são altos e é adequado para produção em escala industrial.
A reciclagem úmida de baterias de fosfato de ferro e lítio baseia-se principalmente na reciclagem de eletrodos positivos. Quando o eletrodo positivo de fosfato de ferro e lítio é recuperado pelo processo úmido, o coletor de corrente de folha de alumínio deve ser separado primeiro do material ativo do eletrodo positivo. Um dos métodos é usar lixívia para dissolver o coletor de corrente, e o material ativo não reage com a lixívia, podendo o material ativo ser obtido por filtração. O segundo método é dissolver o ligante PVDF com um solvente orgânico, de modo que o material do eletrodo positivo de fosfato de ferro de lítio seja separado da folha de alumínio, a folha de alumínio seja reutilizada, o material ativo possa ser submetido a tratamento subsequente e o solvente orgânico pode ser destilado para realizar sua reciclagem. Comparado com os dois métodos, o segundo método é mais ecológico e seguro. Uma das formas de recuperação do fosfato de ferro-lítio no eletrodo positivo é a geração de carbonato de lítio. Este método de reciclagem tem baixo custo e é adotado pela maioria das empresas de reciclagem de fosfato de ferro e lítio. No entanto, o fosfato de ferro (teor de 95%), o principal componente do fosfato de ferro de lítio, não foi reciclado, resultando em desperdício de recursos.
O método ideal de recuperação úmida é converter resíduos de materiais catódicos de fosfato de ferro e lítio em sais de lítio e fosfatos de ferro para obter a recuperação completa do elemento Li, Fe e P. Para transformar o fosfato ferroso de lítio em sal de lítio e fosfato de ferro, o ferro ferroso precisa ser oxidado a ferro férrico, e o lítio é lixiviado por lixiviação ácida ou lixiviação alcalina. Alguns estudiosos usam calcinação oxidativa para separar flocos de alumínio e fosfato de ferro de lítio, e depois lixiviar e separar com ácido sulfúrico para obter fosfato de ferro bruto, e a solução é descontaminada com carbonato de sódio para precipitar em carbonato de lítio; o filtrado é evaporado e cristalizado para obter o produto sulfato de sódio anidro e vendido como subproduto; O fosfato de ferro bruto é ainda refinado para obter fosfato de ferro de grau de bateria, que pode ser usado para a preparação de materiais de fosfato de ferro de lítio. Este processo tem sido relativamente maduro após anos de pesquisa.
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