钜大LARGE | 点击量：969次 | 2022年02月15日
选取废弃锂离子电池的负极材料重新利用，有什么好处？
目前电池回收主要是回收材料中的贵金属钴、铜以及锂盐等，回收率为材料总用量的3%。这种低效率的回收利用方式，造成了极大的资源浪费同时产生巨量的废弃物。
随着电子产品和电动汽车的增多，锂电池的产量也逐渐从2005年的20.5亿增长为2016年的58.6亿。目前，锂电池的产能正飞速扩大。简单以圆柱电池来说，平均45g的电池中约有20%的石墨材料，那么有超过5200万公斤的负极材料等待回收。未来将会有越来越多的锂电池失效报废需要进行回收处理。
目前电池回收主要是回收材料中的贵金属钴、铜以及锂盐等，回收率为材料总用量的3%。这种低效率的回收利用方式，造成了极大的资源浪费同时产生巨量的废弃物。
锂电池负极电极是通过将活物质、粘结剂、导电剂等做成一致性良好的浆料涂覆在铜箔上，以此来提高材料与基材的结合力和电化学性能。
石墨材料和铜基材的粘附力很弱，所以需要外加粘结剂以提高其粘结性，正因如此石墨从电极上剥离出来也非常容易。JulianE.C.Sabisch等选用废弃电池进行了再循环负极材料（RAM）的循环利用研究，并与初始未经使用的负极材料（VG）电池进行了比较。选取的废弃电池标准是，处于完全放电状态，容量衰减至初始容量的20%以下的电池。选取废弃电池的负极材料重新利用，有几点好处：
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
1.利用废弃电池的负极材料制作新电池不仅不需要重新寻找新的来源，还减少了废弃物料排放，RAM可以看成是石墨被预处理过后的特殊材料，已经被预循环后具有较高的品质。
2.电池在首次充放电时，会在负极材料表面形成钝化层SEI，有助于锂离子的传递。SEI的形成消耗了部分锂离子，造成了电池容量损失。RAM已经经过脱、嵌锂，表面含有一部分SEI，相当于先利用外部的锂源对负极材料进行预锂化处理。当把再循环利用石墨材料重铸成电池后，就会降低锂电池在形成完整SEI中消耗的Li量，提高电池首效。
试验采用的方案如图1所示，18650电池的拆解再利用实物图解为图2：
图1.废弃电池的处理和负极材料再利用
图2.(a)18650电池内部结构示意；
(b)18650电池拆除顶盖和底盖；
(c)负极材料重新制浆后涂在铜箔上，准备冲片
将重新制浆的负极材料均匀涂覆在集流体上，用采样器冲片，以锂片为正极材料制作纽扣电池，扣电制作完成后，进行了相应的电化学性能的测试比较，测试结果如图3所示：
图3(a)循环石墨和VG首次循环电压曲线；
(b)多周循环中VG负极电池容量；
(c)多周循环中RAM负极电池容量
由图3（a）中可以清晰看到，使用VG负极材料的电池电压为预料中的3.086V，在图3a和3b中的初始电压图中可以看出，循环后石墨的电池初始电压为1.2V，说明循环石墨中存在一些预锂化。
电池容量是使用Maccor软件通过流过电池的电流大小乘以流经的时间得出的，电流一般是C/40，根据负极电极重量给出。查看图3a中的VG的初始循环电压曲线，可以看出，电压从3V下降到1.2V需要大约5s。相对于电池循环的总时间量时，表明RAM电池中的预锂化程度远低于总容量的1％。
由此可以看出，预锂化的程度不足以显著影响RAM负极的初始容量。应该强调的是，虽然初始容量损失并没有因使用RAM发生显著变化，但图3c所示的总体容量与VG电池大致相当。
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