浅谈磷酸铁锂电池的回收利用

来源：第一电气网作者：新能源领军人物

磷酸亚铁锂具有良好的循环性能、低廉的价格和良好的安全性，具有快速充电的潜力。因此，随着国内电动汽车行业的快速发展，磷酸铁锂电池的需求也迅速增加。目前，磷酸铁锂电池基本用于电动公交车等安全要求较高的汽车。随着这些磷酸铁锂电池进入退役期，我们不得不面临一个棘手的问题——废旧电池的回收。

磷酸铁锂电池的回收利用有其自身的特点。与其他层状材料相比，磷酸亚铁锂材料具有更稳定的橄榄石结构，因此非常稳定。即使在充电过程中所有的Li+都来自磷酸亚铁锂材料，磷酸亚铁锂物质仍然可以保持FePO4结构，而不会发生结构坍塌和转化，因此磷酸铁锂电池在循环过程中的衰退通常不是由正负活性物质的损失引起的。慕尼黑工业大学的Neelima Paul和他的团队使用中子衍射方法研究了长周期磷酸铁锂电池（LFP/MCMB），认为导致磷酸铁锂蓄电池寿命下降的主要因素是循环过程中SEI膜的重建和生长引起的Li消耗。

Neelima Paul用中子衍射法分析了电池在1C下4750次循环并在23℃下储存2年（20%SoC）后的情况。研究发现，即使在电池完全放电后（正极处于锂嵌入状态，负极处于锂脱嵌状态），在正极的衍射峰中仍然观察到相当大比例的FePO4，并且在4750次循环后，电池中LFP与FP的比率为67:33。这一结果表明，磷酸铁锂电池中相当一部分Li+在循环和储存过程中“凭空消失”，也表明正极和负极活性材料都可以参与循环过程中的充放电反应，没有活性材料的损失，因此磷酸铁锂电池衰退的主要原因是锂在循环过程中的损失。

由于LFP材料在电池循环过程中可以保持晶体结构的稳定性不变，我们只需要添加适当的Li就可以回收性能良好的LFP材料，这可以大大降低LFP材料的生产成本，减少环境污染。天津工业大学的李雪蕾等人设计了一种绿色环保的废旧磷酸铁锂电池回收工艺。具体工艺步骤如下图所示。这一步骤的最大特点是根据磷酸亚铁锂材料的特点，实现低成本、高效、环保的回收利用。从流程图中可以看出，该工艺不仅实现了阳极LFP材料和阴极石墨材料的回收和再生，还回收了电解质和其他难以回收的材料。

李雪磊等首先对废旧磷酸铁锂电池进行放电拆解，并用低浓度NaOH对剩余电解液进行处理。根据电解质中溶剂的不同物理特性将DMC、DEC和EC分离，并将溶剂盐LiPF6在水溶液中分解，如下式所示，然后通过过滤回收。

在该过程中，将分离的阳极LFP材料与一定量的Li2CO3混合，并且可以通过在Ar/H2气氛中在不同温度下的热处理来获得再生的LFP材料。为了确保回收和再生的LFP材料能够具有良好的性能，李雪蕾分别在600、650、700、750和800摄氏度下进行了LFP再生实验，并用按钮半电池测试了性能。结果如下表所示。从表中可以看出，未经再生处理的LFP材料的容量约为143mAh/g，在650摄氏度下处理后的LFP的容量已提高到147mAh/g。但在其他温度下处理后，LFP的性能有不同程度的下降。同时，我们也注意到，回收材料的第一效率明显低于非回收LFP材料，这主要是由于回收LFP中存在杂质造成的。李雪蕾的研究表明，LFP材料的第一效率……

可以通过适当延长热处理时间来改善。

对回收LFP电化学财产的研究表明，热处理可以显著改善LFP材料的循环性能（如下图A所示），同时热处理可以明显改善LFP的速率性能（如图B所示）。

李学雷提出的磷酸铁锂电池回收方法结合了磷酸亚铁锂材料结构稳定的特点，在不进行酸处理、回收有价值元素等传统方法的情况下，直接对磷酸铁锂进行回收，从而以较低的成本获得高性能的再生LFP材料。同时，该工艺还实现了电解液等材料的回收利用，大大减少了磷酸铁锂电池回收过程对环境的污染。随着大量磷酸亚铁锂动力电池报废并进入回收阶段，电池回收市场呈现爆发式增长。为了避免在回收过程中对环境造成二次污染，我们需要采取更多的绿色回收方法。李雪蕾的研究为我们提供了有益的参考。

撰文：望着篱笆来源：第一电气网作者：新能源领军人物

磷酸亚铁锂具有良好的循环性能、低廉的价格和良好的安全性，具有快速充电的潜力。因此，随着国内电动汽车行业的快速发展，磷酸铁锂电池的需求也迅速增加。目前，磷酸铁锂电池基本用于电动公交车等安全要求较高的汽车。随着这些磷酸铁锂电池进入退役期，我们不得不面临一个棘手的问题——废旧电池的回收。

磷酸铁锂电池的回收利用有其自身的特点。与其他层状材料相比，磷酸亚铁锂材料具有更稳定的橄榄石结构，因此非常稳定。即使在充电过程中所有的Li+都来自磷酸亚铁锂材料，磷酸亚铁锂物质仍然可以保持FePO4结构，而不会发生结构坍塌和转化，因此磷酸铁锂电池在循环过程中的衰退通常不是由正负活性物质的损失引起的。慕尼黑工业大学的Neelima Paul和他的团队使用中子衍射方法研究了长周期磷酸铁锂电池（LFP/MCMB），认为导致磷酸铁锂蓄电池寿命下降的主要因素是循环过程中SEI膜的重建和生长引起的Li消耗。

Neelima Paul用中子衍射法分析了电池在1C下4750次循环并在23℃下储存2年（20%SoC）后的情况。研究发现，即使在电池完全放电后（正极处于锂嵌入状态，负极处于锂脱嵌状态），在正极的衍射峰中仍然观察到相当大比例的FePO4，并且在4750次循环后，电池中LFP与FP的比率为67:33。这一结果表明，磷酸铁锂电池中相当一部分Li+在循环和储存过程中“凭空消失”，也表明正极和负极活性材料都可以参与循环过程中的充放电反应，没有活性材料的损失，因此磷酸铁锂电池衰退的主要原因是锂在循环过程中的损失。

由于LFP材料在电池循环过程中可以保持晶体结构的稳定性不变，我们只需要添加适当的Li就可以回收性能良好的LFP材料，这可以大大降低LFP材料的生产成本，减少环境污染。天津工业大学的李雪蕾等人设计了一种绿色环保的废旧磷酸铁锂电池回收工艺。具体工艺步骤如下图所示。这一步骤的最大特点是根据磷酸亚铁锂材料的特点，实现低成本、高效、环保的回收利用。从流程图中可以看出，该工艺不仅实现了阳极LFP材料和阴极石墨材料的回收和再生，还回收了电解质和其他难以回收的材料。

李雪磊等首先对废旧磷酸铁锂电池进行放电拆解，并用低浓度NaOH对剩余电解液进行处理。DMC、DEC和……

根据电解液中溶剂的不同物理特性对EC进行分离，将溶剂盐LiPF6在水溶液中分解，如下式所示，然后通过过滤回收。

在该过程中，将分离的阳极LFP材料与一定量的Li2CO3混合，并且可以通过在Ar/H2气氛中在不同温度下的热处理来获得再生的LFP材料。为了确保回收和再生的LFP材料能够具有良好的性能，李雪蕾分别在600、650、700、750和800摄氏度下进行了LFP再生实验，并用按钮半电池测试了性能。结果如下表所示。从表中可以看出，未经再生处理的LFP材料的容量约为143mAh/g，在650摄氏度下处理后的LFP的容量已提高到147mAh/g。但在其他温度下处理后，LFP的性能有不同程度的下降。同时，我们也注意到，回收材料的第一效率明显低于非回收LFP材料，这主要是由于回收LFP中存在杂质造成的。李雪磊的研究表明，适当延长热处理时间可以提高LFP材料的初效。

对回收LFP电化学财产的研究表明，热处理可以显著改善LFP材料的循环性能（如下图A所示），同时热处理可以明显改善LFP的速率性能（如图B所示）。

李学雷提出的磷酸铁锂电池回收方法结合了磷酸亚铁锂材料结构稳定的特点，在不进行酸处理、回收有价值元素等传统方法的情况下，直接对磷酸铁锂进行回收，从而以较低的成本获得高性能的再生LFP材料。同时，该工艺还实现了电解液等材料的回收利用，大大减少了磷酸铁锂电池回收过程对环境的污染。随着大量磷酸亚铁锂动力电池报废并进入回收阶段，电池回收市场呈现爆发式增长。为了避免在回收过程中对环境造成二次污染，我们需要采取更多的绿色回收方法。李雪蕾的研究为我们提供了有益的参考。

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