Upcycling of Spent Lithium-Ion Batteries Electrodes Towards All-Solid-State Lithium Batteries

废旧锂离子电池电极升级为全固态锂电池

• 批准号: 22KF0347
• 负责人: 野田 優
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0347/
• 关键词: リチウムイオン電池; リサイクル; 全固体電池; アップサイクル; ライフサイクルアセスメント; 環境影響評価

複数メーカーの使用済みリチウムイオン電池を入手し、電池を放電後に解体してリサイクル研究に利用した。構成部材ごとに分別し、ジメチルカーボネートで洗浄、洗浄液は電解液のリサイクル研究用に、部材はそれぞれの部材へのリサイクル用に保管した。次に、リチウムイオンの主要な負極材である黒鉛に注目し、低環境負荷のリサイクルを検討した。酢酸処理(3 M, 50 ℃, 1 h)、KOH水溶液処理(7 M, 常温, 24 h)、N2ガス中加熱処理(800 ℃, 1 h)を実施、高分子バインダーを分解して黒鉛粉末を銅箔集電体から分離・回収した。カーボンナノチューブ(CNT)を三次元集電体とした黒鉛-CNT負極を作製し、Li箔を対極とした半電池試験によりその負極性能を評価した。未処理の回収黒鉛では150サイクル後の脱リチオ化容量が120 mAh/gと小さいものの、酢酸処理、KOH水溶液処理、N2ガス中加熱処理をした再生黒鉛は328, 325, 338 mAh/gと高く、新品の黒鉛の345 mAh/gに近い性能を示した。さらに酢酸処理黒鉛を用い、LiNixCoyMnzO2 (NCM)正極を対極としたフルセルも作製、200サイクル後に容量104 mAh/gNCM、クーロン効率99.8%、容量維持率67.3%を得た。加えてライフサイクルアセスメント(LCA)で再生処理の温室効果ガス排出を評価、実験手法を1 kg/batchにスケールアップした場合、10.9-37.1 kgCO2/kg黒鉛の結果を得た。また、LiNixMnyAlzO2 (NCA)正極の再生も検討した。Al箔集電体ごと正極を電気化学的に処理し、有用金属元素の溶出・回収と、Al箔の回収を目指した。H型セルを用い、使用済み正極を作用極に、黒鉛電極を対極に、両極性イオン交換膜を隔膜に用い、硫酸水溶液中で溶出条件を検討し、条件の最適化を行っている。

Use the plural メ ー カ ー の 済 み リ チ ウ ム イ オ ン battery with を し, after the battery discharge を に disintegration し て リ サ イ ク ル research に using し た. Composition of material ご と に し respectively, ジ メ チ ル カ ー ボ ネ ー ト で incorporated, liquid at は electrolyte の リ サ イ ク ル research に, department は そ れ ぞ れ の department material へ の リ サ イ ク ル with に custody し た. The main な negative electrode materials である black lead に pay attention to <s:1>, and the low environmental load <s:1> リサ and <s:1> are discussed in を検. Boggy acid 処 principle (3 M, 50 ℃, 1 h) and KOH aqueous 処 (7 M, under normal temperature, 24 h), N2 ガ ス of heating 処 (800 ℃, 1 h) を be applied, polymer バ イ ン ダ ー を decomposition し て を copper foil at the end of the black lead powder collector body か ら separation, back 収 し た. カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ (CNT) を three yuan electric と し た black lead - し the CNT cathode を cropping, Li foil を extremely と seaborne し た half cell test に よ り そ を の negative performance evaluation 価 し た. Not 処 Richard の 収 back black lead で は 150 サ イ ク ル の リ off after チ オ is changed small capacity of 120 mAh/g と が さ い も の の, boggy acid and KOH aqueous 処 処 and N2 ガ ス of heating 処 を し た regeneration black lead は 328, 325, 338 mAh/gと high く, new product <s:1> black lead <s:1> 345 mAh/gに near performance を shows <s:1> た. さ ら に boggy acid 処 Richard black lead を い, LiNixCoyMnzO2 (sliding) positive を extremely と seaborne し た フ ル セ ル も system, 200 サ イ ク ル に capacity of 104 mAh/gNCM, after ク ー ロ ン sharper rate 99.8%, capacity to maintain 67.3% を た. Add え て ラ イ フ サ イ ク ル ア セ ス メ ン ト (LCA) で regeneration 処 Richard の greenhouse unseen fruit ガ ス を review 価 eduction, be 験 gimmick を 1 kg/batch に ス ケ ー ル ア ッ プ し た occasions, kgCO2 10.9 37.1 / kg black lead た を の results. Youdaoplaceholder0, LiNixMnyAlzO2 (NCA) cathode <s:1> regeneration 検 for た. The ごと positive electrode を of the Al foil collector, the に processing of electrical chemistry, the <s:1> dissolution and redevelopment of useful metal elements と, the <s:1> redevelopment of Al foil を fingers た た. H セ ル を い, use 済 み anode を effect extremely に, black lead electrode を extremely に seaborne, struck polarity イ オ ン exchange membrane を diaphragm に い, sulfuric acid in aqueous solution, で dissolution conditions を beg し 検, conditions の line optimization を っ て い る.

项目成果

簡易プロセスによる使用済みリチウムイオン電池正極材の再生技術

一种简单工艺的废旧锂离子电池正极材料回收技术

• 发表时间: 2023
• 作者: Fuyu Saito;Haruka Yamashita;Hokuto Sasaki;Masayuki Goto;○桜井 宏樹，金子 健太郎，前 智太郎，Natarajan Subramanan，所 千晴，野田 優
• 通讯作者: ○桜井 宏樹，金子 健太郎，前 智太郎，Natarajan Subramanan，所 千晴，野田 優

代表者・野田ホームページ

代表/野田主页