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电击一波回收锂电负极

CocoAHe • • 原创文章, 学术动态
电击一波回收锂电负极
山东理工大学张亚莉副教授及其同事近日在Journal of Power Sources上发表了一种回收商业锂离子电池负极材料（石墨/铜箔）的电化学方法。此法通过析氢反应，将石墨与铜箔剥离，“一石二鸟”地回收石墨及铜箔。
电击一波回收锂电负极

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【技术原理】

电击一波回收锂电负极

将使用过的锂离子电池负极（连同铜箔集流体）连至电解槽负极，石墨片连至电解槽正极（图1a）。通过向电解槽中水溶液施加高电压电解水。负极铜箔上产生氢气气泡，使得铜箔和石墨材料层发生剥离（图1b）。同时，存在于石墨中的Li+在电解液浸泡过程中不断扩散出。最终获得铜箔和几乎不含Li+的石墨层（含PVDF粘结剂）。

电击一波回收锂电负极

图1. 回收（a）装置和（b）原理示意图。图源：J. Power Sources。

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【最优技术参数】

电击一波回收锂电负极

经多组实验对比，作者们确立了如下最优技术参数：
·      负极质量：1.5 g
·      电解液：2.0 g/L Na2SO4水溶液 1.5 L
·      施加电压：30 V
·      电解时间：约25分钟
·      正负极间距：10 cm

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【产物分析】

电击一波回收锂电负极

SEM显示回收所得铜箔表面平整（图2a），无残留颗粒物，说明石墨颗粒剥离干净。XRD表明铜箔除部分氧化形成CuO外，并未探测到残留石墨（图2b）。另一方面，回收的石墨因粘合剂PVDF存在而呈块状（图2c）。石墨和PVDF成分亦通过XRD进行了验证（图2d）。

电击一波回收锂电负极

图2. 回收所得（a、c）铜箔和（b、d）石墨颗粒形貌及对应XRD谱图。图源：J. Power Sources。
考虑实验条件和所用材料成本后，作者估算出本文报道的方法每处理1 g锂离子电池负极材料，可获利约10美元（表1）。
表1. 经济效益评估；来源：J. Power Sources。

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【流程总结】

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