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以磷酸铁锂为正极材料的废旧锂离子电池回收及再利用

作 者: 潘英俊
导 师: 戴长松
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 化学工程
关键词: 锂离子电池 LiFePO4 回收 再利用
分类号: TM912
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


能源枯竭,环境污染已经成为当今社会不得不面对并急需解决的问题。随着电动汽车的发展,以磷酸铁锂作为正极材料的动力电池得到了广泛的应用,废旧锂离子电池的数量也将逐年增加。废旧锂离子电池的回收利用,不仅能够减轻对环境的影响,同时还能带来一定的经济效益。目前对废旧磷酸铁锂电池的回收研究比较少。废旧锂离子电池的回收利用研究主要集中于电池中正极活性物质的回收利用。文章中首先研究了磷酸铁锂正极片的回收与再利用,分别研究了有机溶剂、酸碱对分离效果以及合成LiFePO4样品表面形貌、结构和电化学性能的影响。由于有机溶剂方法分离需要加热,而有机溶剂容易挥发,不仅能够造成有机溶剂的浪费,同时也可能对空气造成污染。溶解沉淀法工艺比较复杂,并且需要持续加热,这也造成了资源的浪费。碱溶液处理方法工艺简单,能够实现活性物质的回收再利用。其次,研究了电池的综合回收与再利用方法,实验结果表明能够通过该方法实现电池的回收及再利用。对电池回收得到的材料在0.1C倍率下的首次充放电容量达到130.9mAh·g-1,0.5C倍率下的首次充放电容量达到113.3mAh·g-1,100次循环后放电比容量为112.5mAh·g-1,容量保持率为99%。同时考察了煅烧温度对回收材料的电化学性能的影响。烧结温度为700℃的回收电极材料在结晶度、首次充放电、倍率性能和循环性能上的表现优于烧结温度为600℃和800℃时得到的电极材料。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-23
  1.1 课题研究背景和意义  9-10
  1.2 锂离子电池概况  10-12
    1.2.1 电池的发展史  10-11
    1.2.2 锂离子电池的结构和组成  11-12
    1.2.3 锂离子电池的工作原理  12
  1.3 废旧锂离子电池对环境的影响  12-14
  1.4 废旧锂离子电池回收利用分析  14-16
    1.4.1 锂离子电池的资源化价值  14
    1.4.2 废旧锂离子电池的综合回收效益分析  14-16
  1.5 废旧锂离子电池回收处理现状  16-22
    1.5.1 国内外废旧锂离子电池的回收现状  16-17
    1.5.2 废旧锂离子电池回收工艺过程  17-19
    1.5.3 几种废旧锂离子电池的回收技术研究现状  19-22
  1.6 课题的主要研究内容  22-23
第2章 实验材料与研究方法  23-28
  2.1 实验材料  23-24
    2.1.1 实验药品  23-24
    2.1.2 实验仪器  24
  2.2 材料的物理性能表征  24-25
    2.2.1 X 射线粉末晶体衍射(XRD)分析  24-25
    2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)形貌分析  25
    2.2.3 材料中碳含量分析测试  25
    2.2.4 ICP 测试  25
  2.3 电极的制备和电池的组装  25-26
    2.3.1 粉末电极的制备  25-26
    2.3.2 电池的装配  26
  2.4 样品的电化学性能测试  26-28
    2.4.1 循环伏安测试  26-27
    2.4.2 电化学交流阻抗谱测试(EIS)  27
    2.4.3 恒流放电性能测试  27-28
第3章 LiFePO_4正极片的回收及再利用研究  28-49
  3.1 有机溶剂浸泡法 LiFePO_4正极片回收及再利用  28-35
    3.1.1 有机溶剂对分离效果的研究  28-30
    3.1.2 有机溶剂浸泡法回收 LiFePO_4的物理性能  30-32
    3.1.3 有机溶剂浸泡法回收 LiFePO_4的电化学性能  32-35
  3.2 碱溶液浸泡法 LiFePO_4正极片回收及再利用  35-42
    3.2.1 碱溶液处理效果研究  36-37
    3.2.2 碱溶液法浸泡法回收 LiFePO_4的物理性质  37-39
    3.2.3 碱溶液法浸泡法回收 LiFePO_4的电化学性能  39-42
  3.3 溶解沉淀法 LiFePO_4正极片回收及再利用  42-47
    3.3.1 溶解沉淀法回收 LiFePO_4的物理性质  43-44
    3.3.2 溶解沉淀法回收 LiFePO_4的电化学性能  44-47
  3.4 本章小结  47-49
第4章 废旧 LiFePO_4电池的正负极片混合回收及再利用  49-59
  4.1 废旧 LiFePO_4电池回收过程预放电处理  49-50
  4.2 废旧 LiFePO_4电池回收工艺  50-51
  4.3 回收 LiFePO_4的性能研究  51-55
    4.3.1 回收 LiFePO_4的物理性能  51-52
    4.3.2 回收 LiFePO_4的电化学性能  52-55
  4.4 烧结温度对合成材料的性能影响  55-57
    4.4.1 不同烧结温度回收材料的 XRD 表征  55-56
    4.4.2 不同烧结温度回收材料的首次充放电性能测试  56
    4.4.3 不同烧结温度回收材料的循环性能测试  56-57
  4.5 本章小结  57-59
结论  59-60
参考文献  60-64
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  64-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术(直接发电) > 蓄电池
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