A closed-loop process for recycling LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 from the cathode scraps of lithium-ion batteries: Process optimization and kinetics analysis

Zhang, Xihua; Cao, Hongbin; Xie, Yongbing; Ning, Puqi; An, Huijiao; You, Haixia; Nawaz, Faheem

doi:10.1016/j.seppur.2015.07.003

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“…As reações 2, 3 e 5 já foram constatadas em diversos trabalhos da literatura. 2,3,7,18 O tempo da reação foi variado (1-3 h). A agitação foi fixada em 200 rpm.…”

Section: Lixiviação áCidaunclassified

“…1,2,9,[14][15][16] A maior parte dos processos descritos na literatura envolve lixiviação dos componentes eletroativos (catodo, anodo e eletrólito) por um meio ácido contendo um agente redutor para permitir a redução de Co(III) a Co(II), estável e solúvel em meio aquoso ácido. O meio ácido normalmente é inorgânico forte (principalmente H 2 SO 4 ), 7,8,17,18 mas ácidos orgânicos vem sendo igualmente testados por suas propriedades complexantes em um meio menos corrosivo. 7,11,16 O redutor é, frequentemente, H 2 O 2 .…”

unclassified

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Lixiviação Ácida De Baterias Íon-Lítio

Silva¹,

Afonso²,

Mahler³

2018

Quim. Nova

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publicado na web em 22/02/2018 ACIDIC LEACHING OF Li-ION BATTERIES. This paper describes a route for recovering cobalt and lithium from spent Li-ion batteries via acidic leaching. Sulfuric, hydrochloric, hydrofluoric and formic acids were used as leachants. Hydrogen peroxide was added as reductant, except for formic acid since it is itself a reductant. Experiments were run at [25][26][27][28][29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39][40] o C for 1-3 h. Under the best optimal conditions, the leaching efficiency order was HCl ≈ HF > H 2 SO 4 > HCOOH. Over 90 wt.% of cobalt and lithium were leached by the inorganic acids. The insoluble matter corresponds mainly to the carbon from the cathode. Co(II) was extracted with D2EHPA 16 vol.% diluted in n-hexane at pH ~5 (A/O ratio 1/1 vol/vol, one stage, 25 °C). Co(II) striping was possible using a dilute leachant (1-2 mol L -1 HCl or H 2 SO 4 , 4-5 mol L -1 HF or HCOOH). Lithium was isolated from the raffinate by precipitation as carbonate or phosphate.Keywords: lithium-ion battery; metals recovery; solvent extraction; cobalt; lithium. INTRODUÇÃOAs baterias de íon-lítio por apresentarem uma elevada densidade de energia, vida útil longa, massa reduzida, taxa de descarga baixa e menor toxicidade em relação a outros tipos de baterias (níquel-cád-mio, níquel hidreto metálico), são hoje muito utilizadas em telefones celulares, câmeras fotográficas e outros equipamentos eletroeletrônicos (EEE) portáteis.1,2 O desenvolvimento de novas versões tecnológicas desses equipamentos e a maior facilidade de acesso dos mesmos a mais camadas da população levam a uma inevitável elevação da produção e do consumo de EEE e, consequentemente, de suas baterias. Mais de 60% do mercado da energia potátil é hoje preenchido por baterias de íon-lítio.3-6 Suas características o colocam na dianteira do desenvolvimento de veículos híbridos e elétricos. [6][7][8] Essas baterias apresentam em sua composição um ânodo, um cátodo, coletores de corrente, um separador, um eletrólito, um invó-lucro externo e peças de vedação. O ânodo é composto de grafite, lítio, carbono e fluoreto de polivinilideno (PVDF), que fixa os demais componentes ao coletor de corrente, que é uma lâmina de cobre; o eletrólito é tipicamente hexafluorfosfato de lítio (LiPF 6 ) em solvente orgânico, normalmente carbonato de etileno (CE), carbonato de dietila (DEC), carbonato de dimetila (DMC) ou misturas deles. O separador é feito de polipropileno (PP) ou polietileno (PE). O cátodo é feito de carbono (grafita), um óxido misto contendo lítio e cobalto (como o LiCoO 2 , que detém ~40% do mercado 6 ) e PVDF, que fixa os componentes ao coletor de corrente do cátodo, que é uma lâmina de alumínio. Hoje, cerca de 25% do cobalto produzido no mundo se destina à manufatura de baterias.8 A expansão do mercado de EEE portáteis pressiona o preço desse metal nos mercados internacionais. 9,10Além disso, devido a problemas relacionados à disponibilidade de cobalto (as principais fontes primárias se localizam em regiões de forte instabilidade geopolítica...

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“…As reações 2, 3 e 5 já foram constatadas em diversos trabalhos da literatura. 2,3,7,18 O tempo da reação foi variado (1-3 h). A agitação foi fixada em 200 rpm.…”

Section: Lixiviação áCidaunclassified

unclassified

Lixiviação Ácida De Baterias Íon-Lítio

Silva¹,

Afonso²,

Mahler³

2018

Quim. Nova

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“…In hydrometallurgical processes, the recovery of valuable metals from spent LIB cathode materials is dealt with via acid leaching. According to different leaching ways to cope with spent LIBs, this is mostly carried out using an inorganic acid as an acidic leaching agent, such as H 2 SO 4 [28][29][30], HCl [31], or HNO 3 [32]. Compared with those given in the literature [33], H 2 SO 4 has a great effect on lithium cobalt oxide batteries and is cheaper than others.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Recovery of Valuable Metals from Lithium-Ion Batteries NMC Cathode Waste Materials by Hydrometallurgical Methods

Chen

2018

Metals

126

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The paper focuses on the improved process of metal recovery from lithium-ion batteries (LIBs) lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC) cathode waste materials by using hydrometallurgical methods. In the acid leaching step, the essential effects of acidity concentration, H 2 O 2 concentration, leaching time, liquid-solid mass ratio, and reaction temperature with the leaching percentage were investigated in detail. The cathode material was leached with 2M H 2 SO 4 and 10 vol. % H 2 O 2 at 70 • C and 300 rpm using a liquid-solid mass ratio of 30 mL/g. In order to complete the recovery process, this paper designs the proper separation process to recover valuable metals. The leach liquor in the recovery process uses Cyanex 272 to first extract Co and Mn to the organic phase. Secondly, Co and Mn are separated by using D2EHPA, and a high purity of Co is obtained. Thirdly, Ni is selectively precipitated by using DMG, and Ni is completely formed as a solid complex. Finally, in the chemical precipitation process, the remaining Li in the leach liquor is recovered as Li 2 CO 3 precipitated by saturated Na 2 CO 3 , and Co, Mn, and Ni are recovered as hydroxides by NaOH. This hydrometallurgical process may provide an effective separation and recovery of valuable metals from LIBs waste cathode materials.

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“…U kiseloj sredini, H 2 O 2 može da reaguje kao oksidujuće i redukujuće sredstvo, što se može videti iz reakcija 14 i 15 [118]: [80], glukoza [86], otpadni čaj i Phytolacca americana [77].…”

Section: Mehanizam Luženja Katodnog Materijalaunclassified

Recycling of cathode material from spent lithium-ion batteries

Medic¹,

Dimitrijević²,

Spalović³

et al. 2018

Zaštita materijala

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Reciklaža katodnog materijala iz istrošenih litijum-jonskih baterija IZVOD U ovom radu je prikazana struktura i princip rada Li-jonskih baterija. Dat je kratak pregled razvoja katodnih i anodnih materijala i izneti su zahtevi koje je potrebno da separator i elektrolit ispune kako bi se koristili u Li-jonskim baterijama. Takođe, u radu su prikazani svi stadijumi u procesu reciklaže Li-jonskih baterija, sa posebnim osvrtom na hidrometalurški tretman katodnog materijala i valorizaciju litijuma i kobalta.

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A closed-loop process for recycling LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 from the cathode scraps of lithium-ion batteries: Process optimization and kinetics analysis

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Lixiviação Ácida De Baterias Íon-Lítio

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