本文選題：廢舊鋰離子電池 + 回收及再利用��； 參考：《鄭州大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：廢舊鋰離子動(dòng)力電池中含一些有價(jià)金屬元素,如:鈷、鎳等,和一些有毒化學(xué)物質(zhì),如:氟化物。因此,在廢舊鋰離子動(dòng)力電池中,尤其是正極材料的回收及再利用對(duì)節(jié)約自然資源和保護(hù)環(huán)境顯得非常重要。但是,就目前而言,有關(guān)廢舊鋰離子動(dòng)力電池中鎳鈷錳酸鋰正極材料的回收及再利用的研究比較少。針對(duì)上述問題,本文對(duì)以鎳鈷錳酸鋰(以下簡稱“三元”)為正極材料的廢舊鋰離子動(dòng)力電池的回收及再利用展開研究。本文主要研究內(nèi)容包括:(1)對(duì)廢舊三元鋰離子動(dòng)力電池進(jìn)行前期的電化學(xué)性能(剩余容量、內(nèi)阻、電壓等)評(píng)估,并與同系列的新電池作對(duì)比。確定這些電池是否已達(dá)到無法滿足在高性能電動(dòng)設(shè)備中應(yīng)用的廢舊程度。(2)對(duì)無法滿足在高性能電動(dòng)設(shè)備中應(yīng)用的電池,進(jìn)行人工拆解回收。首先,為了確保廢舊電池放電完全,拆解前通過多次對(duì)比實(shí)驗(yàn),選擇最佳濃度的氯化鈉水溶液使電池短路并完全放電。然后,將廢舊電池實(shí)施拆解,正/負(fù)極片、隔膜得到單獨(dú)分離。拆解后,用有機(jī)溶劑(1-甲基-2-吡咯烷酮,簡稱“NMP”)將正極活性物質(zhì)和集流體鋁箔分離,并研究了不同的固液比、水浴溫度及超聲時(shí)間對(duì)正極活性物質(zhì)和集流體鋁箔分離的影響。隨后,將回收料在不同溫度下煅燒,為確定雜質(zhì)碳和粘結(jié)劑(偏二氟乙烯,簡稱“PVDF”)等有機(jī)物質(zhì)是否完全去除,通過X射線粉末晶體衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紅外光譜(FT-IR)、熱重分析(TGA)等手段進(jìn)行表征。最后,將除雜后的材料組裝成紐扣電池對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)性能研究。(3)以煅燒后的三元回收料為原料,通過兩種途徑重新合成三元材料來提高回收料的比容量。第一種是共沉淀法,依據(jù)感應(yīng)耦合等離子體(ICP)測試回收料的金屬含量,采用檸檬酸作為浸取劑和絡(luò)合劑來合成目標(biāo)產(chǎn)物。并從檸檬酸濃度、過氧化氫的加入量、液料比、水浴溫度以及磁力攪拌時(shí)間等5個(gè)方面對(duì)回收料的溶解率做了系列研究。第二種是高溫固相法,通過在回收料中直接添加鋰源經(jīng)高溫焙燒合成目標(biāo)產(chǎn)物。研究了添加不同質(zhì)量比鋰源合成的材料,對(duì)其進(jìn)行XRD、SEM等手段表征。最后,將此材料組裝成紐扣電池進(jìn)行充放電測試,確定出最佳的添加鋰源質(zhì)量比。
[Abstract]:Some valuable metal elements, such as cobalt, nickel, etc., and some toxic chemicals, such as fluoride, are found in waste lithium ion power batteries.Therefore, it is very important to save natural resources and protect the environment in the waste lithium ion power battery, especially the recovery and reuse of cathode materials.However, at present, there are few researches on the recovery and reuse of nickel cobalt manganese manganese cathode materials in waste lithium ion power batteries.In order to solve the above problems, the recovery and reuse of waste lithium ion batteries with nickel cobalt lithium manganese oxide (hereinafter referred to as "ternary") as cathode materials are studied in this paper.The main contents of this paper are as follows: (1) the electrochemical performance (residual capacity, internal resistance, voltage, etc.) of the waste lithium-ion battery is evaluated and compared with the new battery of the same series.It is determined whether these batteries have reached the level of scrap which can not be used in high performance electric equipment.) the batteries that can not be used in high performance electric equipment are manually disassembled and recovered.Firstly, in order to ensure the discharge of the waste battery is complete, the optimal concentration of sodium chloride aqueous solution is selected to make the battery short circuit and discharge completely through several comparative experiments before disassembly.Then, the waste battery is disassembled, the positive / negative plates and the diaphragm are separated separately.After disassembly, the active material of positive electrode was separated from the liquid collecting aluminum foil by using organic solvent 1 methyl 2 pyrrolidone (NMP), and the different solid-liquid ratio was studied.The effects of water bath temperature and ultrasonic time on the separation of positive active substances from liquid-collecting aluminum foil.The recycled material was then calcined at different temperatures to determine whether organic substances such as impurity carbon and binder (vinylidene fluoride, or "PVDF") were completely removed,It was characterized by X-ray powder crystal diffraction, scanning electron microscope (SEM), FT-IR, TGA and so on.Finally, the impurity removal material was assembled into a button battery to study its electrochemical performance. The calcined ternary recovery material was used as the raw material to improve the specific capacity of the recovered material through two ways.The first is the coprecipitation method. The metal content of the recovered material is measured by inductively coupled plasma ICP- (ICP). Citric acid is used as the leaching agent and the complex agent to synthesize the target product.The dissolution rate of the recovered material was studied from five aspects such as the concentration of citric acid, the amount of hydrogen peroxide, the ratio of liquid to material, the temperature of water bath and the time of magnetic stirring.The second is high temperature solid state method, which can directly add lithium source to the recycled material and calcinate the target product at high temperature.The synthetic materials with different mass ratios of lithium were studied and characterized by means of XRDX SEM.Finally, the material was assembled into a button battery for charge and discharge tests, and the optimum mass ratio of added lithium source was determined.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X705

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本文編號(hào)：1750626