| 我国废弃磷酸铁锂电池的资源化研究 我国废弃磷酸铁锂电池的资源化研究 杨见青 关 杰 梁 波 李晨静 李亚光 (上海第二工业大学 环境与材料工程学院，上海 ) 摘要:磷酸铁锂电池是国家大力推行的动力电池发展方向，其生产量和应用量逐年增加。预计到2021年，我国将有约9 400吨磷酸铁锂电池报废，但对于报废之后的电池处理处置，在回收体系、处理技术以及公民意识层面等都有待完善。主要介绍了以磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池的基本情况，对比了磷酸铁锂的合成方法，总结了磷酸铁锂电池的回收特点，并针对其回收特点提出了一些资源化建议，以期对后续磷酸铁锂电池的资源化研究提供参考。 关键词:磷酸铁锂电池;合成方法;回收特点;资源化 0引 言随着能源与环境问题的日益突出，国家大力推行低碳环保的出行方式，如少开私家车，尽量乘坐公交，购买新能源车辆等，促使了以锂离子电池为动力源的电动汽车行业的快速发展。锂离子电池是公认的最具发展潜力的动力电池，以高比能量、高比功率以及使用寿命长等一系列优点成为潜力股，而正极材料决定了锂离子电池的电化学性能、安全性能及价格成本。在目前各种正极材料中，以磷酸铁锂(LiFePO4)作为锂离子电池的正极材料自发现以来就一直是研究热点，1997年John [1]发现了其可逆性的迁入脱出锂特性，再加上广泛的材料来源、循环寿命长、安全性能好、环境友好等优点，成为大容量动力和储能电池的首选材料[2]。比亚迪F3DM双模电动车2008年在深圳上市，由此引来了社会各界对电动汽车的广泛关注。据工信部[3]统计，2015年中国新能源汽车市场呈现了惊人的发展速度，新能源汽车累计生产37.90万辆，同比增长4倍。在工信部发布的第7批免征车辆购置税的新能源汽车(乘用车)车型[4]中，有32款纯电动车型及5款插电式混合动力车入选，相信在国家政策的带动下，未来几年电动车产业必将蓬勃发展。但发展的同时也带来了严峻的能源与环境问题，对如此大量的报废电池进行回收及再利用，不仅能够减轻对环境的影响，同时也带来一定的经济效益。 1电池的概述1.1 锂离子电池的组成 锂离子电池主要由正极、隔膜、负极、有机电解液及电池外壳等部件组成，详见表1。 表1 锂离子电池的组成 Table 1 The composition of lithium ion batteries 项目特性外壳多为不锈钢或铝合金正极在铝箔集流体上涂抹混合均匀的活性物质、乙炔黑和黏结剂活性物质(嵌锂金属氧化物[5-6])LiFePO4LiCoO2LiMn2O4Li(NiCoMn)O2负极多选择可与锂电势接近的可脱嵌锂的碳材料或者金属氧化物[7]人造石墨改性天然石墨电解液电解质+电解剂(混合[8])LiPF6(常用)碳酸二甲酯(DMC)碳酸二乙酯(DEC)碳酸甲乙酯(EMC)碳酸乙烯酯(EC)碳酸丙烯酯(PC)隔膜多孔性聚烯烃 1.2 磷酸铁锂的结构 正交橄榄石结构的LiFePO4属Pnmh空间群[9]，由4个LiFePO4单元构成一个晶胞，其晶型结构如图1所示。 a-LiFePO4;b-FePO4。 图1 LiFePO4和FePO4的晶胞结构[1] Fig.1 Crystal structures of LiFePO4and FePO4[1] 在LiFePO4的晶体结构中，氧原子呈六方紧密堆积排列。PO4四面体和FeO6八面体构成晶体的空间骨架，Li和Fe占据八面体空隙，而P占据四面体空隙，其中Fe占据八面体的共角位置，Li占据八面体的共边位置[10]。FeO6八面体在晶体的bc面上相互连接，b轴方向上的LiO6八面体结构相互连接成链状结构。1个FeO6八面体与2个LiO6八面体和1个PO4四面体共棱[11]。由于FeO6共边八面体网络不连续，致使不能形成电子导电;同时，PO4四面体限制了晶格的体积变化，影响了Li+的脱嵌和电子扩散，导致LiFePO4正极材料电子导电率和离子扩散效率极低[12]。 LiFePO4电池的理论比容量较高(约为170 mAh/g)，放电平台是3.4 V。Li+在正负两极之间往返脱-嵌实现充放电，充电时发生氧化反应，Li+从正极迁出，经电解液嵌入负极，铁从Fe2+变成Fe3+，发生氧化反应。放电时发生与上述过程相反的还原反应。
文章来源：《中国资源综合利用》 网址: http://www.zgzyzhly.cn/zonghexinwen/2020/1102/742.html
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