鉅大LARGE | 點擊量：2247次 | 2018年05月20日
選取廢棄鋰電池的負極材料重新利用，有什么好處？
目前電池回收主要是回收材料中的貴金屬鈷、銅以及鋰鹽等，回收率為材料總用量的3%。這種低效率的回收利用方式，造成了極大的資源浪費同時產(chǎn)生巨量的廢棄物。
隨著電子產(chǎn)品和電動汽車的增多，鋰電池的產(chǎn)量也逐漸從2005年的20.5億增長為2016年的58.6億。目前，鋰電池的產(chǎn)能正飛速擴大。簡單以圓柱電池來說，平均45g的電池中約有20%的石墨材料，那么有超過5200萬公斤的負極材料等待回收。未來將會有越來越多的鋰電池失效報廢需要進行回收處理。
目前電池回收主要是回收材料中的貴金屬鈷、銅以及鋰鹽等，回收率為材料總用量的3%。這種低效率的回收利用方式，造成了極大的資源浪費同時產(chǎn)生巨量的廢棄物。
鋰電池負極電極是通過將活物質(zhì)、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑等做成一致性良好的漿料涂覆在銅箔上，以此來提高材料與基材的結(jié)合力和電化學(xué)性能。
石墨材料和銅基材的粘附力很弱，所以需要外加粘結(jié)劑以提高其粘結(jié)性，正因如此石墨從電極上剝離出來也非常容易。JulianE.C.Sabisch等選用廢棄電池進行了再循環(huán)負極材料（RAM）的循環(huán)利用研究，并與初始未經(jīng)使用的負極材料（VG）電池進行了比較。選取的廢棄電池標準是，處于完全放電狀態(tài)，容量衰減至初始容量的20%以下的電池。選取廢棄電池的負極材料重新利用，有幾點好處：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1.利用廢棄電池的負極材料制作新電池不僅不需要重新尋找新的來源，還減少了廢棄物料排放，RAM可以看成是石墨被預(yù)處理過后的特殊材料，已經(jīng)被預(yù)循環(huán)后具有較高的品質(zhì)。
2.電池在首次充放電時，會在負極材料表面形成鈍化層SEI，有助于鋰離子的傳遞。SEI的形成消耗了部分鋰離子，造成了電池容量損失。RAM已經(jīng)經(jīng)過脫、嵌鋰，表面含有一部分SEI，相當(dāng)于先利用外部的鋰源對負極材料進行預(yù)鋰化處理。當(dāng)把再循環(huán)利用石墨材料重鑄成電池后，就會降低鋰電池在形成完整SEI中消耗的Li量，提高電池首效。
試驗采用的方案如圖1所示，18650電池的拆解再利用實物圖解為圖2：
圖1.廢棄電池的處理和負極材料再利用
圖2.(a)18650電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意；
(b)18650電池拆除頂蓋和底蓋；
(c)負極材料重新制漿后涂在銅箔上，準備沖片
將重新制漿的負極材料均勻涂覆在集流體上，用采樣器沖片，以鋰片為正極材料制作紐扣電池，扣電制作完成后，進行了相應(yīng)的電化學(xué)性能的測試比較，測試結(jié)果如圖3所示：
圖3(a)循環(huán)石墨和VG首次循環(huán)電壓曲線；
(b)多周循環(huán)中VG負極電池容量；
(c)多周循環(huán)中RAM負極電池容量
由圖3（a）中可以清晰看到，使用VG負極材料的電池電壓為預(yù)料中的3.086V，在圖3a和3b中的初始電壓圖中可以看出，循環(huán)后石墨的電池初始電壓為1.2V，說明循環(huán)石墨中存在一些預(yù)鋰化。
電池容量是使用Maccor軟件通過流過電池的電流大小乘以流經(jīng)的時間得出的，電流一般是C/40，根據(jù)負極電極重量給出。查看圖3a中的VG的初始循環(huán)電壓曲線，可以看出，電壓從3V下降到1.2V需要大約5s。相對于電池循環(huán)的總時間量時，表明RAM電池中的預(yù)鋰化程度遠低于總?cè)萘康?％。
由此可以看出，預(yù)鋰化的程度不足以顯著影響RAM負極的初始容量。應(yīng)該強調(diào)的是，雖然初始容量損失并沒有因使用RAM發(fā)生顯著變化，但圖3c所示的總體容量與VG電池大致相當(dāng)。
