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我所“废旧LiFePO4/C正极材料失效形式修复机理研究”获湖南省自然科学基金资助
2017.11.09   点击46次

    湖南省正源储能材料与器件研究所项目“废旧LiFePO4/C正极材料失效形式修复机理研究”获湖南省自然科学基金资助。项目负责人为研究所所长李荐教授、博导。

    锂离子电池具有比容量高、循环寿命长、性价比高及安全无重金属污染等优点,已成为电动汽车首选动力电池。用于电动汽车的锂离子动力电池的实验室寿命大约5~8年;用于电动汽车实际使用寿命只有约3-5年。大力发展电动汽车产业已成为我国重要的产业政策,2020年,我国电动汽车保有量将达到500万辆。根据工信部发布的数据,2015年累计生产电动汽车达到37.90万辆。磷酸亚铁锂电池由于安全性高和使用寿命长,被普遍应用于电动汽车上,特别是电动客车上的应用更是被广泛认可,在电动客车上的应用占到90%以上;2015年磷酸亚铁锂电池销售量达到12Gwh以上,磷酸亚铁锂电池达到36万吨以上,消耗磷酸亚铁锂材料3.6万吨以上;随着电动汽车的快速推广,磷酸亚铁锂电池的用量将进一步增大。

    随着使用年限的增加,磷酸亚铁锂电池终将退役。资料显示,2015年废旧磷酸亚铁锂电池达到2万吨以上,2020年废旧磷酸亚铁锂电池将达到15万吨以上。磷酸亚铁锂电池虽然不存在铅、镉、汞等重金属污染,但磷酸亚铁锂电池中有大量的氟化物、丙烯碳酸酯等溶剂、塑料、炭黑、石墨等多种污染;同时也存在铜、铝、锂等有价成分,如果废弃将产生污染并浪费资源。但由于磷酸亚铁锂电池中不含钴、镍等高价值元素,因此采用传统的冶金工艺回收其中的有价成分难以获得良好的经济效益,并且存在废水、废渣等污染,环境治理成本高。因此,若无行之有效的经济、绿色处理方法,大量废弃的磷酸亚铁锂电池将成为新的环境问题。

    本项目采取材料修复的方式,对从废旧电池中回收的磷酸亚铁锂材料进行直接修复,即直接重新合成为磷酸亚铁锂电池材料;避开用传统冶金工艺将磷酸亚铁锂材料分解并提取锂盐、铁盐的方法,工艺的经济性明显优于传统冶金分解工艺,并且无污染。

    目前,实际工况下磷酸亚铁锂电池的详细失效机理研究还不够透彻,如:电池失效后材料的成分、结构、形貌、碳包覆层等的变化尚未明晰;另一方面,不同厂家不同批次所使用的磷酸亚铁锂材料不尽相同,在废旧材料修复过程中,磷酸亚铁锂材料的结构重建过程及影响因素尚不清楚,这直接影响了材料修复工艺的进一步调整和优化。因此研究实际工况下LiFePO4/C的失效机理,不同厂家不同批次的磷酸亚铁锂失效材料合批后的修复机理对促进废旧磷酸亚铁锂电池的循环利用具有重要意义,对于其他废旧锂离子电池的高效回收利用亦具有重要的参考价值。

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