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新能源鋰電行業正負極材料前處理消解方案

2021.12.30

隨著新能源產業的迅猛發展,動力鋰離子電池的消耗日益增多,磷酸鐵鋰電池由于其適中的能量密度、良好的安全性及低成本等優勢而具有較大的市場占有量。由于地球上的鋰儲量有限,勢必影響鋰離子電池的進一步發展。另一方面,磷酸鐵鋰動力電池巨大消耗勢必產生大量的廢舊電池,若能進行綜合回收利用,不僅減少了環境污染,還能再生生產電池原料,具有重要的意義。在迄今所開發的廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料回收技術中,濕法回收不僅工藝簡單,還可生產高品質的碳酸鋰等材料。以下介紹鋰電池相關材料的濕法消解處理方案。



電池介紹


磷酸鐵鋰電池,是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數鋰離子電池使用的正極材料。從材料的原理上講,磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過程,這一原理與鈷酸鋰,錳酸鋰完全相同。磷酸鐵鋰電池屬于鋰離子二次電池,一個主要用途是用作動力電池,相對NI-MH、Ni-Cd電池有很大優勢。磷酸鐵鋰電池充放電效率較高,倍率放電情況下充放電效率可達90%以上。而鉛酸電池約為80%。



電池應用


由于磷酸鐵鋰動力電池具有上述特點,并且生產出各種不同容量的電池,很快得到廣泛地應用。它主要應用領域有:


1、大型電動車輛:公交車、電動汽車、景點游覽車及混合動力車等;


2、輕型電動車:電動自行車、高爾夫球車、小型平板電瓶車、鏟車、清潔車、電動輪椅等;


3、電動工具:電鉆、電鋸、割草機等;


4、遙控汽車、船、飛機等玩具;


5、太陽能及風力發電的儲能設備;UPS及應急燈、警示燈及礦燈(安全性最好);


6、替代照相機中3V的一次性鋰電池及9V的鎳鎘或鎳氫可充電電池(尺寸完全相同);


7、小型醫療儀器設備及便攜式儀器等。


這里舉一個用磷酸鐵鋰動力電池替代鉛酸電池的應用實例。采用36V/10Ah(360Wh)的鉛酸電池,其重量12kg,充一次電可行走約50km,充電次數約100次,使用時間約1年。若采用磷酸鐵鋰動力電池,采用同樣的360Wh能量(12個10Ah電池串聯組成),其重量約4kg,充電一次可行走80km左右,充電次數可達1000次,使用壽命可達3~5年。雖然說磷酸鐵鋰動力電池的價格較鉛酸電池高得多,但總的經濟效果還是采用磷酸鐵鋰動力電池更好,并且在使用上更輕便。


鋰電池正極材料測定鐵含量


試劑:濃硝酸、鹽酸:1+1體積比、高純碳酸鋰、氯化鉀(10%)、鋰標準貯存溶液(1mg/mL)


儀器:HT-250石墨加熱板




實驗步驟:


稱取試樣0.5000g置于250mL燒杯中,加少量水潤濕試樣,加入25mL鹽酸(1+1),蓋上表面皿,放置HT-250石墨加熱板上加熱溶解,待試樣分解后,取下稍冷,加入10mL硝酸繼續加熱溶解,蒸發至體積5mL左右,取下稍冷,加入20mL水,煮沸,取下冷卻,用蒸餾水沖洗表面皿,移入250mL容量瓶中,以水稀釋至刻度,搖勻。


鎳錳鈷鋰材料測定


試劑:1:1王水


儀器:全自動石墨消解儀G8、特氟龍消解管(50ml)



實驗步驟:


稱取樣品0.2g,置于PTFE消解管中,加入1:1王水10ml,搖勻2min后支架下降至加熱模塊中,G8消解儀程序升溫至195℃,保持25min,消解管支架上升,冷卻,最后定容至50mL待測。同時做空白試樣。


鋰離子電池石墨負極材料消解


實驗儀器:A8微波消解儀


實驗試劑:鹽酸、硝酸


實驗步驟:稱取試樣0.1g(精確至0.0001g)于清洗干凈的消解罐中,加入3 mL濃硝酸和9 mL濃鹽酸,混勻。按下表微波消解程序消解,消解完成后,冷卻到室溫,過濾,定容至100 mL。同時做空白。


消解程序


步驟 溫度
升溫時間
保持時間
1 120 5min 4min
2 150 5min 3min
3 200 5min 20min


鋰電池新能源的快速發展,磷酸鐵鋰回收料成份的分析研究,鋰電池制備及能源如何充分利用,鋰電池負極材料石墨是否完全消解及鋰電池的性能的研究是實驗人員重要課題方向。每個課題需有力的數據支撐,前處理消解格丹納不管是全自動石墨消解儀還是石墨電熱板助力于消解,為穩定分析環境助力。了解更多相關電池的消解關注格丹納。


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