淺談磷酸鐵鋰電池的回收利用

來源：第一電氣網作者：新能源領軍人物

磷酸亞鐵鋰具有良好的循環性能、低廉的價格和良好的安全性，具有快速充電的潛力。因此，隨著國內電動汽車行業的快速發展，磷酸鐵鋰電池的需求也迅速增加。目前，磷酸鐵鋰電池基本用于電動公交車等安全要求較高的汽車。隨著這些磷酸鐵鋰電池進入退役期，我們不得不面臨一個棘手的問題——廢舊電池的回收。

磷酸鐵鋰電池的回收利用有其自身的特點。與其他層狀材料相比，磷酸亞鐵鋰材料具有更穩定的橄欖石結構，因此非常穩定。即使在充電過程中所有的Li+都來自磷酸亞鐵鋰材料，磷酸亞鐵鋰物質仍然可以保持FePO4結構，而不會發生結構坍塌和轉化，因此磷酸鐵鋰電池在循環過程中的衰退通常不是由正負活性物質的損失引起的。慕尼黑工業大學的Neelima Paul和他的團隊使用中子衍射方法研究了長周期磷酸鐵鋰電池（LFP/MCMB），認為導致磷酸鐵鋰蓄電池壽命下降的主要因素是循環過程中SEI膜的重建和生長引起的Li消耗。

Neelima Paul用中子衍射法分析了電池在1C下4750次循環并在23℃下儲存2年（20%SoC）后的情況。研究發現，即使在電池完全放電后（正極處于鋰嵌入狀態，負極處于鋰脫嵌狀態），在正極的衍射峰中仍然觀察到相當大比例的FePO4，并且在4750次循環后，電池中LFP與FP的比率為67:33。這一結果表明，磷酸鐵鋰電池中相當一部分Li+在循環和儲存過程中“憑空消失”，也表明正極和負極活性材料都可以參與循環過程中的充放電反應，沒有活性材料的損失，因此磷酸鐵鋰電池衰退的主要原因是鋰在循環過程中的損失。

由于LFP材料在電池循環過程中可以保持晶體結構的穩定性不變，我們只需要添加適當的Li就可以回收性能良好的LFP材料，這可以大大降低LFP材料的生產成本，減少環境污染。天津工業大學的李雪蕾等人設計了一種綠色環保的廢舊磷酸鐵鋰電池回收工藝。具體工藝步驟如下圖所示。這一步驟的最大特點是根據磷酸亞鐵鋰材料的特點，實現低成本、高效、環保的回收利用。從流程圖中可以看出，該工藝不僅實現了陽極LFP材料和陰極石墨材料的回收和再生，還回收了電解質和其他難以回收的材料。

李雪磊等首先對廢舊磷酸鐵鋰電池進行放電拆解，并用低濃度NaOH對剩余電解液進行處理。根據電解質中溶劑的不同物理特性將DMC、DEC和EC分離，并將溶劑鹽LiPF6在水溶液中分解，如下式所示，然后通過過濾回收。

在該過程中，將分離的陽極LFP材料與一定量的Li2CO3混合，并且可以通過在Ar/H2氣氛中在不同溫度下的熱處理來獲得再生的LFP材料。為了確保回收和再生的LFP材料能夠具有良好的性能，李雪蕾分別在600、650、700、750和800攝氏度下進行了LFP再生實驗，并用按鈕半電池測試了性能。結果如下表所示。從表中可以看出，未經再生處理的LFP材料的容量約為143mAh/g，在650攝氏度下處理后的LFP的容量已提高到147mAh/g。但在其他溫度下處理后，LFP的性能有不同程度的下降。同時，我們也注意到，回收材料的第一效率明顯低于非回收LFP材料，這主要是由于回收LFP中存在雜質造成的。李雪蕾的研究表明，LFP材料的第一效率……

可以通過適當延長熱處理時間來改善。

對回收LFP電化學財產的研究表明，熱處理可以顯著改善LFP材料的循環性能（如下圖A所示），同時熱處理可以明顯改善LFP的速率性能（如圖B所示）。

李學雷提出的磷酸鐵鋰電池回收方法結合了磷酸亞鐵鋰材料結構穩定的特點，在不進行酸處理、回收有價值元素等傳統方法的情況下，直接對磷酸鐵鋰進行回收，從而以較低的成本獲得高性能的再生LFP材料。同時，該工藝還實現了電解液等材料的回收利用，大大減少了磷酸鐵鋰電池回收過程對環境的污染。隨著大量磷酸亞鐵鋰動力電池報廢并進入回收階段，電池回收市場呈現爆發式增長。為了避免在回收過程中對環境造成二次污染，我們需要采取更多的綠色回收方法。李雪蕾的研究為我們提供了有益的參考。

撰文：望著籬笆來源：第一電氣網作者：新能源領軍人物

磷酸亞鐵鋰具有良好的循環性能、低廉的價格和良好的安全性，具有快速充電的潛力。因此，隨著國內電動汽車行業的快速發展，磷酸鐵鋰電池的需求也迅速增加。目前，磷酸鐵鋰電池基本用于電動公交車等安全要求較高的汽車。隨著這些磷酸鐵鋰電池進入退役期，我們不得不面臨一個棘手的問題——廢舊電池的回收。

磷酸鐵鋰電池的回收利用有其自身的特點。與其他層狀材料相比，磷酸亞鐵鋰材料具有更穩定的橄欖石結構，因此非常穩定。即使在充電過程中所有的Li+都來自磷酸亞鐵鋰材料，磷酸亞鐵鋰物質仍然可以保持FePO4結構，而不會發生結構坍塌和轉化，因此磷酸鐵鋰電池在循環過程中的衰退通常不是由正負活性物質的損失引起的。慕尼黑工業大學的Neelima Paul和他的團隊使用中子衍射方法研究了長周期磷酸鐵鋰電池（LFP/MCMB），認為導致磷酸鐵鋰蓄電池壽命下降的主要因素是循環過程中SEI膜的重建和生長引起的Li消耗。

Neelima Paul用中子衍射法分析了電池在1C下4750次循環并在23℃下儲存2年（20%SoC）后的情況。研究發現，即使在電池完全放電后（正極處于鋰嵌入狀態，負極處于鋰脫嵌狀態），在正極的衍射峰中仍然觀察到相當大比例的FePO4，并且在4750次循環后，電池中LFP與FP的比率為67:33。這一結果表明，磷酸鐵鋰電池中相當一部分Li+在循環和儲存過程中“憑空消失”，也表明正極和負極活性材料都可以參與循環過程中的充放電反應，沒有活性材料的損失，因此磷酸鐵鋰電池衰退的主要原因是鋰在循環過程中的損失。

由于LFP材料在電池循環過程中可以保持晶體結構的穩定性不變，我們只需要添加適當的Li就可以回收性能良好的LFP材料，這可以大大降低LFP材料的生產成本，減少環境污染。天津工業大學的李雪蕾等人設計了一種綠色環保的廢舊磷酸鐵鋰電池回收工藝。具體工藝步驟如下圖所示。這一步驟的最大特點是根據磷酸亞鐵鋰材料的特點，實現低成本、高效、環保的回收利用。從流程圖中可以看出，該工藝不僅實現了陽極LFP材料和陰極石墨材料的回收和再生，還回收了電解質和其他難以回收的材料。

李雪磊等首先對廢舊磷酸鐵鋰電池進行放電拆解，并用低濃度NaOH對剩余電解液進行處理。DMC、DEC和……

根據電解液中溶劑的不同物理特性對EC進行分離，將溶劑鹽LiPF6在水溶液中分解，如下式所示，然后通過過濾回收。

在該過程中，將分離的陽極LFP材料與一定量的Li2CO3混合，并且可以通過在Ar/H2氣氛中在不同溫度下的熱處理來獲得再生的LFP材料。為了確保回收和再生的LFP材料能夠具有良好的性能，李雪蕾分別在600、650、700、750和800攝氏度下進行了LFP再生實驗，并用按鈕半電池測試了性能。結果如下表所示。從表中可以看出，未經再生處理的LFP材料的容量約為143mAh/g，在650攝氏度下處理后的LFP的容量已提高到147mAh/g。但在其他溫度下處理后，LFP的性能有不同程度的下降。同時，我們也注意到，回收材料的第一效率明顯低于非回收LFP材料，這主要是由于回收LFP中存在雜質造成的。李雪磊的研究表明，適當延長熱處理時間可以提高LFP材料的初效。

對回收LFP電化學財產的研究表明，熱處理可以顯著改善LFP材料的循環性能（如下圖A所示），同時熱處理可以明顯改善LFP的速率性能（如圖B所示）。

李學雷提出的磷酸鐵鋰電池回收方法結合了磷酸亞鐵鋰材料結構穩定的特點，在不進行酸處理、回收有價值元素等傳統方法的情況下，直接對磷酸鐵鋰進行回收，從而以較低的成本獲得高性能的再生LFP材料。同時，該工藝還實現了電解液等材料的回收利用，大大減少了磷酸鐵鋰電池回收過程對環境的污染。隨著大量磷酸亞鐵鋰動力電池報廢并進入回收階段，電池回收市場呈現爆發式增長。為了避免在回收過程中對環境造成二次污染，我們需要采取更多的綠色回收方法。李雪蕾的研究為我們提供了有益的參考。

撰稿人：看著圍欄

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