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电击一波回收锂电负极

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。
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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)。

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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】

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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)。

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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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