废旧磷酸铁锂电池回收处理的研究

摘要

随着社会的发展，能源和环境问题日益加剧，为缓解石油能源短缺和环境污染的问题，我国不断加大电动汽车的推广力度，以降低燃油车的使用。随着早期的电动汽车不断报废，动力电池回收处理问题的重要性与日俱增，本文选择使用量最大的磷酸铁锂电池作为研究对象，对其回收处理的各项工序进行了研究，最终形成完整的回收处理流程，并初步给出了各工序操作的工艺条件。
　　本文所提出的回收处理流程以正极材料的再生为主要技术，共包括拆解、剥离、再生预处理、再生四部分。其中，拆解以手工方式进行。在剥离方面，本研究创新性地提出了一种冷激法，将正极片用80℃的热水浸泡5min，取出后迅速放入15℃的水中，利用热胀冷缩原理，实现正极材料和集流体之间的高效清洁分离。将分离得到的正极材料在惰性气氛500℃下高温处理2h，除去其中的粘结剂PVDF，再使用Li2CO3、FeC2O4·2H2O和NH4H2PO4分别作为锂源、铁源和磷源，对正极材料进行元素配比，然后以加入分散剂的方式，在500rpm的转速下机械球磨2h，制得再生前驱体。将前驱体在惰性气氛下，先350℃预加热2h，再在750℃下高温处理8h，即得到再生的正极材料。
　　上述流程中的冷激法相对于传统剥离方法具有较好的分离效果，分离得到的集流体铝箔表面光亮，无正极材料残余。剥离过程操作简单，条件温和，能耗低，具有良好的经济性，并且容易实现工业化。
　　本研究最终制得的正极材料晶体结构规整，粒径分布均匀，尺寸在0.3-0.8μm之间，晶体颗粒分散性好，空隙率和比表面积较大，在0.1C倍率下，再生材料的恒流充放电比容量在130mAh/g以上。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 国内能源和环境现状

1．1．2 电动汽车发展现状

1．1．3 锂离子动力电池分类

1．1．4 国内外研究现状

1．2 锂离子电池

1．2．1 锂离子电池发展历程

1．2．2 锂离子电池结构组成

1．2．3 锂离子电池工作原理

1．2．4 锂离子电池性能指标

1．3 磷酸铁锂正极材料简介

1．3．1 理化性质与晶体结构

1．3．2 正极材料制备方法

1．3．3 正极材料改性方法

1．4 废旧锂电池处理方法

1．4．1 火法处理工艺

1．4．2 湿法处理工艺

1．4．3 电极修复再生工艺

1．5 本论文主要内容和研究意义

1．5．1 主要内容

1．5．2 研究意义

第二章 实验方法

2．1 实验药品与仪器

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器

2．2 表征方法

2．2．1 热重分析

2．2．2 电感耦合等离子体发射光谱

2．2．3 X射线衍射分析

2．2．4 扫描电镜

2．3 电化学性能测试

2．3．1 电池组装

2．3．2 充放电测试和循环测试

2．3．3 循环伏安特性曲线

3．1 锂电池的拆解

3．2 正极材料的剥离

3．2．1 有机溶剂法剥离实验

3．2．2 超声法剥离实验

3．2．3 冷激法剥离实验

3．3 本章小结

4．1 研究方法

4．2 脱除粘结剂

4．2．1 实验方法

4．2．2 结果和讨论

4．3 调整元素配比

4．3．1 调整元素配比用原料

4．3．2 元素含量分析

4．4 破碎混合

4．4．1 实验方法

4．4．2 结果与讨论

4．5 本章小结

第五章 正极材料的再生研究

5．1 再生方法

5．2 XRD结果分析

5．3 SEM结果分析

5．4 电化学测试结果分析

5．4．1 倍率充放电测试

5．4．2 循环性能测试

5．4．3 CV特性曲线

5．5 本章小结

第六章 正极材料的改性再生研究

6．1 改性再生方法

6．2 SEM结果分析

6．3 电化学测试结果分析

6．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者及导师简介