Ефективна гідрометалургійна переробка літій залізо-фосфатних батарей з використанням розчинів оцтової кислоти
The selectivity of metal extraction from multi-element waste using the hydrometallurgical process is an urgent task. To extract lithium selectively from a waste, the leaching reagent should ideally react only with lithium, while FePO4 and graphite should remain in a solid state. The use of H2O2 allo...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/820 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543973022105600 |
|---|---|
| author | Potapenko , O.V. V’yunov , O.I. Potapenko , H.V. Vavilon , K.I. Vyshnevskyi , O.A. Sirosh , V.А. Oliinyk , V.O. |
| author_facet | Potapenko , O.V. V’yunov , O.I. Potapenko , H.V. Vavilon , K.I. Vyshnevskyi , O.A. Sirosh , V.А. Oliinyk , V.O. |
| author_sort | Potapenko , O.V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-12-26T08:56:53Z |
| description | The selectivity of metal extraction from multi-element waste using the hydrometallurgical process is an urgent task. To extract lithium selectively from a waste, the leaching reagent should ideally react only with lithium, while FePO4 and graphite should remain in a solid state. The use of H2O2 allows one to control the degree of oxidation of the solution by oxidizing Fe2+ to Fe3+, followed by light precipitation, thus effectively suppressing iron leaching. The paper presents a method for processing the “black mass”, after mechanical separation from the current collector, using a solution of acetic acid with addition of hydrogen peroxide. In contrast to the above studies, where the object of processing was exclusively the cathode mass of a lithium iron-phosphate battery, our team used "black mass" as a raw material, which is an intermediate product in the processing of LIB, and raw materials in the processes of hydrometallurgical leaching of metals.
The source of the “black mass” in our research was a lithium iron-phosphate battery HWE200A, LF54174200 3.2 V 200Ah (China). The phase composition, morphology, and particle size of the resulting compounds were analyzed by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Quantitative analysis of the concentration of lithium and iron, aluminum, and copper impurities in solutions was performed by Optical Emission Spectroscopy from inductively coupled plasma (ICP-OES) with an ICP spectrometer iCAP 6500 DUO (Thermo Electron Corp.)
Using XRD analysis, the phase composition and crystallographic parameters of the obtained compounds and available impurities were determined. According to the results of research by the proposed method of processing the “black mass” with selective extraction of lithium compounds from spent LFP batteries, the degree of lithium extraction from the “black mass” is achieved by about 98 % with two times treating in the mixture of 0.8 M Hac + 5 wt. % H2O2. The presence of lithium in the form of SEI layer on the surface of the anode material was noted, which accounted for about 14 % of the total amount of lithium in the “black mass”. It is proved that the addition of hydrogen peroxide to a solution of acetic acid promotes the oxidation of Fe2+ to Fe3+in the crystal structure of lithium iron phosphate, which leads to a decrease in the solubility of iron. It was determined that the total amount of impurities (Fe, Al and Cu) in solutions of lithium salts did not exceed 1 %, which was precipitated in the form of corresponding hydroxides. The purity of the obtained Li2CO3, FePO4 compounds and graphite is more than 99.9 wt. %, which meets the battery purity standard and allows them to be used for LiFePO4/C synthesis and reuse in LFP batteries. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:36:00Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-820 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2026-02-08T08:11:44Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-8202025-12-26T08:56:53Z Efficient hydrometallurgical recycling of lithium iron-phosphate batteries using acetic acid Ефективна гідрометалургійна переробка літій залізо-фосфатних батарей з використанням розчинів оцтової кислоти Potapenko , O.V. V’yunov , O.I. Potapenko , H.V. Vavilon , K.I. Vyshnevskyi , O.A. Sirosh , V.А. Oliinyk , V.O. battery recycling lithium iron phosphate black mass acetic acid leaching hydrometallurgy environmental friendliness переробка акумуляторів літій-залізофосфат чорна маса вилуговування оцтовою кислотою гідрометалургія екологічність The selectivity of metal extraction from multi-element waste using the hydrometallurgical process is an urgent task. To extract lithium selectively from a waste, the leaching reagent should ideally react only with lithium, while FePO4 and graphite should remain in a solid state. The use of H2O2 allows one to control the degree of oxidation of the solution by oxidizing Fe2+ to Fe3+, followed by light precipitation, thus effectively suppressing iron leaching. The paper presents a method for processing the “black mass”, after mechanical separation from the current collector, using a solution of acetic acid with addition of hydrogen peroxide. In contrast to the above studies, where the object of processing was exclusively the cathode mass of a lithium iron-phosphate battery, our team used "black mass" as a raw material, which is an intermediate product in the processing of LIB, and raw materials in the processes of hydrometallurgical leaching of metals. The source of the “black mass” in our research was a lithium iron-phosphate battery HWE200A, LF54174200 3.2 V 200Ah (China). The phase composition, morphology, and particle size of the resulting compounds were analyzed by X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Quantitative analysis of the concentration of lithium and iron, aluminum, and copper impurities in solutions was performed by Optical Emission Spectroscopy from inductively coupled plasma (ICP-OES) with an ICP spectrometer iCAP 6500 DUO (Thermo Electron Corp.) Using XRD analysis, the phase composition and crystallographic parameters of the obtained compounds and available impurities were determined. According to the results of research by the proposed method of processing the “black mass” with selective extraction of lithium compounds from spent LFP batteries, the degree of lithium extraction from the “black mass” is achieved by about 98 % with two times treating in the mixture of 0.8 M Hac + 5 wt. % H2O2. The presence of lithium in the form of SEI layer on the surface of the anode material was noted, which accounted for about 14 % of the total amount of lithium in the “black mass”. It is proved that the addition of hydrogen peroxide to a solution of acetic acid promotes the oxidation of Fe2+ to Fe3+in the crystal structure of lithium iron phosphate, which leads to a decrease in the solubility of iron. It was determined that the total amount of impurities (Fe, Al and Cu) in solutions of lithium salts did not exceed 1 %, which was precipitated in the form of corresponding hydroxides. The purity of the obtained Li2CO3, FePO4 compounds and graphite is more than 99.9 wt. %, which meets the battery purity standard and allows them to be used for LiFePO4/C synthesis and reuse in LFP batteries. Селективність вилучення металів із багатоелементних відходів з використанням гідрометалургійного процесу є актуальною проблемою. Щоб селективно вилучати літій з відпрацьованого брухту, реагент для вилуговування в ідеалі повинен вступати в реакцію лише з літієм, в той час як FePO4 та графіт мають залишатися в твердому стані. Використання H2O2 дозволяє контролювати ступінь окиснення розчину, окиснюючи Fe2+ до Fe3+ з подальшим легким осадженням, таким чином ефективно пригнічуючи вимивання заліза. В роботі представлено спосіб переробки «чорної маси», після механічного відокремлення від струмознімача, із використанням розчину оцтової кислоти і додаванням перекису водню. На відміну від вище наведених досліджень, де об’єктом переробки була виключно катодна маса літій залізо-фосфатного акумулятора, нашою командою як вихідна сировина використовувалась «чорна маса», яка є проміжним продуктом при переробці ЛІА, та сировиною в процесах гідрометалургійного вилуговування металів. Джерелом «чорної маси» в наших дослідженнях виступала літій залізо-фосфатна батарея HWE200A, LF54174200 3.2 V 200Ah (Китай). Фазовий склад, морфологію та розміри частинок отриманих сполук аналізували методами рентгенівської дифракції та скануючої електронної мікроскопії. Кількісний аналіз концентрації літію та домішок заліза, алюмінію, міді у розчинах був проведений методом оптичної емісійної спектроскопії з індуктивно зв’язаної плазми (ICP-OES). В роботі використовували ICP- спектрометр iCAP 6500 DUO (Thermo Electron Corp.) За допомогою XRD аналізу визначено фазовий склад та кристалографічні параметри отриманих сполук та наявних домішок. За результатами досліджень за запропонованим методом переробки «чорної маси» із селективним вилученням сполук літію з відпрацьованих LFP батарей досягається ступінь вилучення літію із «чорної маси» близько 98 % при її 2-кратній обробці у суміші 0.8 M HAc + 5 мас. % H2O2. Відмічено наявність літію у вигляді SEI плівки на поверхні анодного матеріалу, яка складала близько 14 % від загальної кількості літію в «чорній масі». Доведено, що додавання перекису водню до розчину оцтової кислоти сприяє окисненню Fe2+ до Fe3+ в кристалічній структурі літій залізо-фосфату, що призводить до зменшення розчинності заліза. Визначено, що загальна кількість домішок (заліза, алюмінію та міді) у розчині солей літію не перевищувала 1 %, та була осаджена у вигляді відповідних гідроксидів. Чистота отриманих сполук Li2CO3, FePO4 та графіту становить більше 99.9 мас. %, що відповідає стандарту чистоти батареї і дозволяє використовувати їх для синтезу LiFePO4/C та повторного використання в LFP батареях. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2025-11-29 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/820 10.15407/hftp16.04.463 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 16 No. 4 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 463-473 Химия, физика и технология поверхности; Том 16 № 4 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 463-473 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 16 № 4 (2025): Хімія, фізика та технологія поверхні; 463-473 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp16.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/820/814 https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | переробка акумуляторів літій-залізофосфат чорна маса вилуговування оцтовою кислотою гідрометалургія екологічність Potapenko , O.V. V’yunov , O.I. Potapenko , H.V. Vavilon , K.I. Vyshnevskyi , O.A. Sirosh , V.А. Oliinyk , V.O. Ефективна гідрометалургійна переробка літій залізо-фосфатних батарей з використанням розчинів оцтової кислоти |
| title | Ефективна гідрометалургійна переробка літій залізо-фосфатних батарей з використанням розчинів оцтової кислоти |
| title_alt | Efficient hydrometallurgical recycling of lithium iron-phosphate batteries using acetic acid |
| title_full | Ефективна гідрометалургійна переробка літій залізо-фосфатних батарей з використанням розчинів оцтової кислоти |
| title_fullStr | Ефективна гідрометалургійна переробка літій залізо-фосфатних батарей з використанням розчинів оцтової кислоти |
| title_full_unstemmed | Ефективна гідрометалургійна переробка літій залізо-фосфатних батарей з використанням розчинів оцтової кислоти |
| title_short | Ефективна гідрометалургійна переробка літій залізо-фосфатних батарей з використанням розчинів оцтової кислоти |
| title_sort | ефективна гідрометалургійна переробка літій залізо-фосфатних батарей з використанням розчинів оцтової кислоти |
| topic | переробка акумуляторів літій-залізофосфат чорна маса вилуговування оцтовою кислотою гідрометалургія екологічність |
| topic_facet | battery recycling lithium iron phosphate black mass acetic acid leaching hydrometallurgy environmental friendliness переробка акумуляторів літій-залізофосфат чорна маса вилуговування оцтовою кислотою гідрометалургія екологічність |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/820 |
| work_keys_str_mv | AT potapenkoov efficienthydrometallurgicalrecyclingoflithiumironphosphatebatteriesusingaceticacid AT vyunovoi efficienthydrometallurgicalrecyclingoflithiumironphosphatebatteriesusingaceticacid AT potapenkohv efficienthydrometallurgicalrecyclingoflithiumironphosphatebatteriesusingaceticacid AT vavilonki efficienthydrometallurgicalrecyclingoflithiumironphosphatebatteriesusingaceticacid AT vyshnevskyioa efficienthydrometallurgicalrecyclingoflithiumironphosphatebatteriesusingaceticacid AT siroshva efficienthydrometallurgicalrecyclingoflithiumironphosphatebatteriesusingaceticacid AT oliinykvo efficienthydrometallurgicalrecyclingoflithiumironphosphatebatteriesusingaceticacid AT potapenkoov efektivnagídrometalurgíjnapererobkalítíjzalízofosfatnihbatarejzvikoristannâmrozčinívoctovoíkisloti AT vyunovoi efektivnagídrometalurgíjnapererobkalítíjzalízofosfatnihbatarejzvikoristannâmrozčinívoctovoíkisloti AT potapenkohv efektivnagídrometalurgíjnapererobkalítíjzalízofosfatnihbatarejzvikoristannâmrozčinívoctovoíkisloti AT vavilonki efektivnagídrometalurgíjnapererobkalítíjzalízofosfatnihbatarejzvikoristannâmrozčinívoctovoíkisloti AT vyshnevskyioa efektivnagídrometalurgíjnapererobkalítíjzalízofosfatnihbatarejzvikoristannâmrozčinívoctovoíkisloti AT siroshva efektivnagídrometalurgíjnapererobkalítíjzalízofosfatnihbatarejzvikoristannâmrozčinívoctovoíkisloti AT oliinykvo efektivnagídrometalurgíjnapererobkalítíjzalízofosfatnihbatarejzvikoristannâmrozčinívoctovoíkisloti |