Recycling of LiCo0.59Mn0.26Ni0.15O2 cathodic material from spent Li-ion batteries by the method of the citrate gel combustion

Abstract

određen je atomskom apsorpcionom spektrometrijom, pri čemu su ispitivane komponente prethodno prevedene u stanje rastvora. Nakon odvajanja katodnog materijala i prevođenja u stanje nitratnog rastvora ponovo je izvršena sinteza metodom sagorevanja citratnog gela. Dobijeni proizvod je, nakon žarenja na 750 °C, karakterisan metodama difrakcije X-zraka i ramanske spektroskopije. Dobijen je proizvod stehiometrijskog sastava LiCo 0,59 Mn 0,26 Ni 0,15 O 2 , heksagonalne slojevite strukture tipa α-NaFeO 2 . Funkcionalnost resintetisanog materijala ispitana je u 1 M rastvoru LiClO 4 u propilen-karbonatu, galvanostatskim punjenjem i pražnjenjem, pri gustini struje od 0,7 C. Reciklirani materijal pokazuje relativno dobre kapacitete punjenja i pražnjenja koji iznose 94,9 i 64,8 mA h g -1 , redom. Ključne reči: reciklaža Li-jonskih baterija, katodni materijal, sol-gel metod. NAUČNI RAD UDK 621.352:544.6:66:658.567 Hem. Ind. 71 (3) 211-220 (2017) Dostupno na Internetu sa adrese časopisa: http://www.ache.org.rs/HI/Li-jonske baterije danas dominiraju u polju visoke tehnologije (mobilni telefoni, prenosni elektronski uređaji i sl.), a veliki napori se ulažu da se prilagode za napajanje energijom električnih automobila. Brz razvoj visokih tehnologija ukazuje i na brz rast količine istrošenih baterija. U periodu od 2000. do 2010. godine godišnja proizvodnja Li-jonskih baterija u svetu se povećala za 800%. Na primer, broj aktivnih mobilnih uređaja širom sveta je dostigao oko 7 milijardi. Očekuje se da će u Kini masa istrošenih litijum-jonskih baterija do 2020. godine prevazići 500000 t [1,2]. Litijum-jonske baterije sadrže veliku količinu metala kao što su Li, Co, Mn, Ni, Cu i Al, od kojih su neki skupi i od strateškog značaja, kao i toksične i zapaljive elektrolite, pa mogu da imaju štetan uticaj na životnu sredinu. Stoga, njihovo recikliranje nakon korišćenja postaje neizbežno. Rastuća zabrinutost zbog zagađenja životne sredine u poslednjoj deceniji je rezultirala strožijoj regulaciji otpada koji Prepiska: M. Vujković, Fakultet za Fizičku Hemiju, Univerzitet u Beogradu, Studentski trg 12-16,

The electrochemical behaviour of re-synthesized cathode material from spent Li-ion batteries in an organic electrolyte

“…Pored interesa za dobijanjem pojedinačnih metala iz potrošenih litijum jonskih baterija [1,4,[10][11][12][13][14], u poslednje vreme postoji sve veća tendencija da se resintetiše katodni materijal iz potrošenih litijum jonskih baterija. Najčešće metode resinteze su sol-gel metoda [15][16][17][18], metoda koprecipitacije [19][20][21] i reakcija u čvrstom stanju [22][23][24]. Metodom koprecipitacije i sol gel metodom se dobijaju čestice nanometarskih dimenzija [15][16][17][18][19][20][21] dok se metodom reakcije u čvrstom stanju dobijaju čestice mikrometarskih dimenzija [22][23][24].…”

“…Najčešće metode resinteze su sol-gel metoda [15][16][17][18], metoda koprecipitacije [19][20][21] i reakcija u čvrstom stanju [22][23][24]. Metodom koprecipitacije i sol gel metodom se dobijaju čestice nanometarskih dimenzija [15][16][17][18][19][20][21] dok se metodom reakcije u čvrstom stanju dobijaju čestice mikrometarskih dimenzija [22][23][24]. Dobijanje nanometarskih čestica je od interesa zbog njihove velike specifične površine.…”

“…Nakon filtriranja, talog (katodni materijal) je ispiran vrućom vodom do postizanja pH 7, sušen na 110°C, pa žaren na 700°C [18,21] i na kraju je rastvoren u 2M HNO3 i 30% H2O2 uz zagrevanje na 70 o C. Resinteza je izvršena metodom koprecipitacije dodavanjem NaOH u dobijeni rastvor nitrata prelaznih metala do postizanja pH 14 kada je završeno taloženje metala u obliku hidroksida. Posle odvajanja rastvora od taloga centrifugiranjem, talog je ispran etanolom, a nedostatak litijuma je nadomešten dodatkom Li2CO3 da bi se zadovoljio molski odnos Li:∑M=1:1.…”

“…Platoi punjenja i pražnjenja koji odgovaraju deinterkalaciji i interkalaciji litijumovih jona iz/u resintetisani katodni materijal k-LCMNO javljaju se na potencijalima oko 4 V i 3,8 V u odnosu na Li + /Li, redom, slika 3a. Krive punjenja/pražnjenja imaju sličan oblik, kao i u slučaju resintetisanog katodnog materijala metodom sagorevanja citratnog gela (c-LCMNO) [18]. Mđutim, početni kapacitet pražnjenja za materijal resintetisan metodom koprecipitacije k-LCMNO je 70,6 mAh g -1 što je oko 14% veće u odnosu na dobijeni početni kapacitet resintetisanog materijala metodom sagorevanja citratnog gela c-LCMNO [18].…”

“…katodnog materijala k-LCMNO metodom koprecipitacije i resintetisanog katodnog materijala c-LCMNO metodom sagorevanja citratnog gela u 1M rastvoru LiClO4 u propilen karbonatu Radi poređenja stabilnosti kapaciteta k-LCMNO sa stabilnošću kapaciteta katodnog materijala resintetisanog metodom sagorevanja citratnog gela c-LC-MNO [18] na slici 4 prikazana je stabilnost kapaciteta pražnjenja tokom pedeset ciklusa punjenja/pražnjenja za oba materijala. Može se uočiti da je u slučaju resintetisanog katodnog materijala k-LCMNO pad TEHNIKA -NOVI MATERIJALI 27 (2018) 2 kapaciteta nakon prvog ciklusa daleko manja u odnosu na c-LCMNO što ukazuje da ne dolazi do nagle ireverzibilne strukturne promene slojevite stukture.…”