lifepo4正极废片回收及再生的性能研究

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1、学校代码10530学号201510141512分类号0646密级公开硕士学位论文LiFePO4正极废片回收及再生的性能研究学位申请人王轩指导教师王先友教授学院名称化学学院学科专业化学工程研究方向新能源材料二零一八年六月StudyonthePerformanceofRecoveryandRegenerationfromLiFePO4CathodeScrapsCandidateXuanWang.SupervisorProf.XianyouWang.CollegeChemistry.ProgramChemicalEngineering.SpecializatioApplied

2、Electrochemistry.DegreeMasterofEngineering.UniversityXiangtanUniversity.DateJune,2018.湘潭大学硕士学位论文I湘潭大学硕士学位论文摘要LiFePO4电池一直被认为是动力电池和储能电池中一类重要的电池体系，随着动力电池市场已经成为推动全球锂电池市场发展的最大引擎，LiFePO4电池的需求和使用量也随之大量增长。随之而来的，在不久的将来会有大量LiFePO4电池面临报废后处理的问题。预计到2021年,我国将大约有9400吨LiFePO4电池报废。如果这些报废后的LiFePO4电池未经回收处理

3、就直接丢弃，无疑将导致严重的环境污染和资源浪费。例如，有机电解质中的LiPF6将逐渐转移到土壤和地下水中，对环境造成污染。废旧LiFePO4电池中依然富含Li资源，Li在LiFePO4电池中含量甚至高于其在天然矿石的含量。锂盐是锂电池制造过程中不可或缺的材料，随着锂电池的消耗量逐年增加，锂资源的短缺程度也将越来越严重。无论从价值回收的角度还是从保护环境的角度出发，回收废旧锂电池的工作都是势在必行。本论文的主要研究内容如下：(1)针对LiFePO4正极材料生产过程中产生边角料和一些LiFePO4库存废料，提出了一种简单经济的方法来回收和修复LiFePO4正极废片。通过Na

4、OH溶液浸泡分离铝箔，NMP浸泡初步除去PVDF。探索了气氛保护下的煅烧温度对修复后材料的形貌和电化学性能的影响。结果表明在气氛保护下，500°C煅烧后的LiFePO4/C复合材料具有分散比较均一的形貌和比较高的振实密度，0.2C下，首-1次放电比容量为157.51mAhg。(2)对于不能很好修复其电化学性能的LiFePO4正极废片，通过湿法工艺回收LiFePO4正极废片中集流体-Al、Li、Fe有价值的元素。当浸出所用HCl的浓度为5mol/L时，液固比为12.5，在60°C加热搅拌4h后，混合材料的溶解率达到了98%。接着Li以Li3PO4的形式回收，Fe以FePO

5、4的形式回收。SEM的结果表明，在沉淀FePO4的过程中加入SDS作为分散剂，可以得到形貌更好的FePO4。(3)以回收Li3PO4作为锂源，通过水热法制备新的LiFePO4正极材料。讨论了水热反应温度对最终LiFePO4形貌和电化学性能的影响。200°C反应温度下制备得到的LiFePO4/C具有更小的粒径和更加规则的形貌。小的粒径能有效缩短锂离子的扩散路径，因而表现出更好的电化学性能，1C电流密度下的首次放电比II湘潭大学硕士学位论文-1-1容量高达148.5mAhg，且经过200次循环后，容量仍可维持143.5mAhg，容量保持率高达96.3%。关键词：废旧锂离子电

6、池；LiFePO4；回收及再生；电化学性能III湘潭大学硕士学位论文AbstractLiFePO4batterieshavebeenconsideredasanimportantbatterysysteminpowerbatteriesandenergystorage.Asthemarketofpowerbatterieshasbecomethelargestengineinthegloballithiumbatterymarket,thedemandandusageofLiFePO4batterieshavealsoincreased.Alongwiththis,th

7、erewillbealargenumberofLiFePO4batteriesthatfacetheproblemofend-of-lifedisposalinthenearfuture.Itisestimatedthattherewillbeabout9400tonsofLiFePO4batteriesscrappedinChinaby2021.IftheseLiFePO4batteriesarediscardedwithoutrecycling,itwillundoubtedlyleadtoseriousenvironmentalpo