ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF LiFePO4, RECOVERED AFTER BATTERY DEGRADATION
Due to the ability of LiFePO4 (LFP) to be charged with large currents, LFP batteries are widely used in household appliances and electric vehicles, so the recycling of spent LFP batteries becomes an urgent need. First, they contain toxic components of electrolyte that cannot be buried in landfills;...
Gespeichert in:
| Datum: | 2023 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2023
|
| Online Zugang: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/508 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871465892196384768 |
|---|---|
| author | Shcherbatiuk , Ivan Bazievskiy , Andrii Panchenko, Danylo Gorobets , Margaryta Potapenko , Оleksandr Vavilon , Кlym Potapenko , Hanna Kirillov , Sviatoslav Zinin , Viacheslav Dubinevych , Serhii Golub , Оleksandr |
| author_facet | Shcherbatiuk , Ivan Bazievskiy , Andrii Panchenko, Danylo Gorobets , Margaryta Potapenko , Оleksandr Vavilon , Кlym Potapenko , Hanna Kirillov , Sviatoslav Zinin , Viacheslav Dubinevych , Serhii Golub , Оleksandr |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Ivan Shcherbatiuk ",
"institution": "Joint Department of electrochemical Energy Systems, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Andrii Bazievskiy ",
"institution": "Joint Department of electrochemical Energy Systems, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Danylo Panchenko",
"institution": "Joint Department of electrochemical Energy Systems, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Margaryta Gorobets ",
"institution": "Joint Department of electrochemical Energy Systems, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Оleksandr Potapenko ",
"institution": "Joint Department of electrochemical Energy Systems, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Кlym Vavilon ",
"institution": "Joint Department of electrochemical Energy Systems, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Hanna Potapenko ",
"institution": "Joint Department of electrochemical Energy Systems, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Sviatoslav Kirillov ",
"institution": "Joint Department of electrochemical Energy Systems, NAS of Ukraine"
},
{
"author": "Viacheslav Zinin ",
"institution": "MaxAh LLC, of. 62, 68\/1 Peremohy Ave., Kyiv 03113, Ukraine"
},
{
"author": "Serhii Dubinevych ",
"institution": "MaxAh LLC, of. 62, 68\/1 Peremohy Ave., Kyiv 03113, Ukraine"
},
{
"author": "Оleksandr Golub ",
"institution": "Department of Natural Sciences, Kyiv-Mohyla Academy"
}
] |
| author_sort | Shcherbatiuk , Ivan |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:50Z |
| description | Due to the ability of LiFePO4 (LFP) to be charged with large currents, LFP batteries are widely used in household appliances and electric vehicles, so the recycling of spent LFP batteries becomes an urgent need. First, they contain toxic components of electrolyte that cannot be buried in landfills; secondly, the cost of lithium which contains in the electrode material continuously increases, and therefore its return to circulation is profitable and expedient. To achieve this goal, much attention is paid to hydrometallurgical processing based on the chemical extraction of Li2CO3 and FePO4 during the regeneration of the electrode material. Here we report on the wet chemistry recycling of used LFP batteries. The main task of the work was to simplify the LiFePO4 regeneration process by leaching with a solution of citric acid due to the elimination of the stage of isolation of Li2CO3 and FePO4, i.e. without selective separation of the filtrate components. The source of spent LiFePO4 was an industrial lithium iron phosphate battery failed due to an internal short circuit. It was found that using citric acid in the ratio H3Cit:LiFePO4=0.5:1, it is possible to efficiently and quickly separate the electrode material from the aluminum current collector. Further pyrolysis and heat treatment of the citrate solution makes it possible to obtain a high-purity LiFePO4/C composite material without extraneous impurities, except for amorphous carbon, which is formed during the pyrolysis of iron (II) and lithium citrates and the thermal decomposition of the binding material in an inert atmosphere. The specific capacity of the LiFePO4/C composite material recovered by the proposed method (145 mA∙h/g) insignificantly differs from that of commercial analogues. This, in our opinion, indicates good prospects of the lithium-iron phosphate regeneration method proposed in this paper. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.88.12.2022.189-198 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
189
УДК 504.64.4 +542.06 doi: 10.33609/2708-129X.88.12.2022.189-198
ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ LiFePO4, ВІДНОВЛЕНОГО
ПІСЛЯ ДЕГРАДАЦІЇ АКУМУЛЯТОРА
І. Щербатюк 1, А. Базієвський1, Д. Панченко1, М. Горобець1, К. Вавілон1,2, В. Зінін2,
С. Дубіневіч2, Г. Потапенко1,3, О. Потапенко1, О. Голуб4, С. Кириллов1*
1 Міжвідомче відділення електрохімічної енергетики НАН України,
бульв. Акад. Вернадського, 38 A, Київ 03142, Україна
2 ТОВ "MaксАг”, просп. Берестейський, 68/1, оф. 62, Київ 03113, Україна
3 Факультет металургії матеріалів та хімії, Науково-технічний університет Цзянсі,
бульв. Хонці, 86, Ганьчжоу, Цзянсі, КНР
4 Факультет природничих наук, Києво-Могилянська академія,
вул. Григорія Сковороди, 2, Київ 04655, Україна
*email: kir@i.kiev.ua
Завдяки здатності LiFePO4 (LFP) заряджатися великими струмами LFP-батареї широ-
ко використовуються в побутовій техніці, електромобілях, тому переробка відпрацьованих
LFP-батарей стає гострою потребою. По-перше, до їхнього складу входять токсичні компо-
ненти електроліту, які не можуть бути захороненні на звалищах побутових відходів; по-друге,
вартість літію, який входить до складу батареї, на протязі останніх років постійно зростає, а
тому його повернення в обіг є вигідним і доцільним. Для досягнення цієї мети велика увага
приділяється гідрометалургійній обробці, заснованій на хімічному вилученні Li2CO3 та FePO4
під час регенерації електродного матеріалу. Тут ми повідомляємо про переробку використаних
LFP-батарей методами мокрої хімії. Головним завданням роботи було спрощення процесу ре-
генерації LiFePO4 шляхом вилуговування розчином цитратної кислоти завдяки виключенню
стадії окремого виділення Li2CO3 та FePO4, тобто без селективного розділення компонентів
фільтратів. Джерелом відпрацьованого LiFePO4 була промислова літій залізофосфатна бата-
рея, що вийшла з ладу внаслідок внутрішнього короткого замикання. Встановлено, що ви-
користовуючи цитратну кислоту у співвідношенні H3Cit:LiFePO4=0,5:1, можна ефективно та
швидко відділяти електродний матеріал від алюмінієвого струмознімача. Подальший піроліз
та термообробка цитратного розчину дозволяє отримати композитний матеріал LiFePO4/С
високої чистоти без сторонніх домішок, за винятком аморфного вуглецю, який утворюється
при піролізі цитратів заліза (II) і літію та термічному розкладі в’яжучого матеріалу в інертній
атмосфері. Питома ємність відновленого запропонованим способом композитного матеріалу
LiFePO4/С (145 мА∙год/г) мало відрізняється від ємностей комерційних аналогів. Це, на нашу
думку, свідчить про перспективність пропонованого в цій роботі методу регенерації літій-
залізо фосфату.
Ключові слова: літій-іонні акумулятори, відновлення, літій-залізо-фосфат, цитратна кис-
лота.
190 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ LiFePO4, ВІДНОВЛЕНОГО
ПІСЛЯ ДЕГРАДАЦІЇ АКУМУЛЯТОРАФІЗИЧНА ХІМІЯ
ВСТУП: Оскільки літій-іонні акумуля-
тори (ЛІА) на сьогодні є незамінними у ба-
гатьох галузях господарства – від спожи-
вацької електроніки до систем енергонако-
пичення та транспорту, то відпрацьовані
ЛІА потребують ефективної та безпечної
утилізації [1, 2]. По-перше, вони містять
токсичні компоненти, які не можна захо-
ронювати на звалищах побутових відходів;
по-друге, – електродні матеріали, які вико-
ристовують у ЛІА, складаються з оксидів
металів, що мають високу вартість, а тому
їхнє повернення в обіг є вигідним і до
цільним.
У роботах, що стосуються утилізації від-
працьованих ЛІА, для видобутку металів
або їхніх оксидів пропонують два підходи –
пірометалургійний та гідрометалургійний
(див., напр., [1, 2]). Кожний з них має свої
недоліки та переваги. Так, пірометалур-
гійні процеси потребують значних затрат
енергії, а гідрометалургійні вимагають ве-
ликих витрат води.
Серед катодних матеріалів комерційних
ЛІА значну увагу привертає літій-залізо-
фосфат (LiFePO4, LFP) [3]. Так, ЛІА з като-
дами, що містять LFP, здатні швидко заря-
джатися великим струмом і знаходять ви-
користання в електромобілях Chevrolet [4].
Менша реакційна здатність LFP порівняно
з іншими катодними матеріалами спричи-
няє певні відмінності у підходах до регене-
рації відпрацьованих ЛІА з катодами, що
містять LFP [5, 6].
Це особливо помітно на прикладі гідро-
металургійних процесів вилуговування ка-
тодних матеріалів кислотами. Зазвичай цю
операцію проводять за допомогою сильних
кислот. При цьому утворюються токсичні
гази, які становлять загрозу для людини та
навколишнього середовища. Використан-
ня органічних кислот дозволило б позбу-
тися цього недоліку і мало б переваги зав-
дяки здешевленню процесу, безпечності
цих кислот для довкілля та їхньої здатності
до біодеградації. Першим прикладом за-
стосування органічної (цитратної) кисло-
ти для вилуговування катодних мас ЛІА
на основі LiCoO2 була робота [7], надалі
праці в цьому напрямку набули значного
поширення [1, 2]. Що ж до LFP, то таких
досліджень проведено небагато. Так, його
вилуговування розчином цитратної кисло-
ти з додаванням пероксиду водню вивчено
в роботі [8], а лимонним соком – у робо-
ті [9]. В обох публікаціях відпрацьований
LiFePO4 розчиняли у розчинах, що містили
цитратну кислоту, з яких потім окремо ви-
діляли Li2CO3 та FePO4, одержані солі змі-
шували і з суміші отримували регенерова-
ний LiFePO4.
Метою нашої роботи було спрощення
процесу регенерації LiFePO4 шляхом ви-
луговування розчином цитратної кислоти
завдяки вилученню стадії окремого виді-
лення Li2CO3 та FePO4.
ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ РЕ-
ЗУЛЬТАТІВ: Джерелом відпрацьованого
LiFePO4 в наших дослідженнях виступала
літій-залізо-фосфатна батарея HWE200A,
LF54174200 3.2V 200Ah (Китай) [10]. Бата-
рея вийшла з ладу внаслідок внутрішнього
короткого замикання, напруга на клемах
акумулятора складала 0 В, тобто LFP зна-
ходився у перерозрядженому стані. Після
механічного розбирання корпусу акумуля-
тора було знайдено, що електроди (катод і
анод) у деяких місцях прогоріли і сплави-
лися між собою (рис. 1).
191https://ucj.org.ua
І. Щербатюк, А. Базієвський, Д. Панченко, М. Горобець, К. Вавілон, В. Зінін, С. Дубіневіч,
Г. Потапенко, О. Потапенко, О. Голуб, С. Кириллов УХЖ № 12 / ТОМ 88
Рис. 1. Зовнішній вигляд батареї HWE200A
Fig. 1. External view of the HWE200A battery.
Після зняття корпусу батареї катод, анод
і сепаратор механічно відокремлювалися
один від одного. Катод, який являв собою
електродну масу на основі LiFePO4, нане-
сену з обох сторін на алюмінієву фольгу,
нарізали на рівні частини площею ~25 см²
та занурювали у розчин цитратної кислоти
(H3Cit). Для приготування 2 М розчину ви-
користовували моногідрат цитратної кис-
лоти марки “ч”. У скляну ємність додавали
~12 г нарізаних шматків електродів та зали-
вали розчином кислоти. Співвідношення
H3Cit до LiFePO4 складало 0,5:1. Електро-
ди витримували у розчині протягом 30 хв
при перемішуванні за температури 50 ºС.
Упродовж цього часу розчин цитратної
кислоти забарвлювався у зелений колір, що
свідчить про утворення цитратів заліза (II)
[13], згідно реакції:
3LiFePO4 + 3H3Cit = Fe3(Cit)2 + Li3Cit + 3H3PO4.
(1)
У процесі розчинення відбувається ві-
докремлення електродної маси від алюмі-
нієвої фольги, яка механічно видаляється
з розчину цитратів. Після цього розчин із
залишками катодної маси ставили на ви-
парювання у сушильну шафу. Температура
випаровування складала 60–70 ºС. Після ви
паровування води отриману масу перети-
рали в ступці та піддавали піролізу в атмос-
фері аргону за температури 400 ºС протягом
4 годин. Швидкість нагріву та охолодження
пічки складала 5 град/хв. У процесі піролізу
відбувалося остаточне видалення вологи та
розкладання цитратів літію та заліза. Втрата
маси при піролізі складала 58%. Остаточне
формування структури LiFePO4 відбувало-
ся за температури 700 ºС в атмосфері аргону
протягом 24 годин. Отриманий композит-
ний матеріал LiFePO4/С після охолодження
подрібнювали в ступці та просіювали через
сито з розміром комірки 40 мкм.
Фазовий склад, морфологію та розміри
частинок композиту LiFePO4/С аналізу-
вали методами рентгенівської дифракції
(«ДРОН-4-07», «ЛОМО», РФ, Co-Кα-ви-
промінювання) та скануючої електронної
Серед катодних матеріалів комерційних ЛІА значну увагу привертає літій-залізо-
фосфат (LiFePO4, LFP) [3]. Так, ЛІА з катодами, що містять LFP, здатні швидко заряджатися
великим струмом і знаходять використання в електромобілях Chevrolet [4]. Менша реакційна
здатність LFP порівняно з іншими катодними матеріалами спричиняє певні відмінності у
підходах до регенерації відпрацьованих ЛІА з катодами, що містять LFP [5, 6].
Це особливо помітно на прикладі гідрометалургійних процесів вилуговування катодних
матеріалів кислотами. Зазвичай цю операцію проводять за допомогою сильних кислот. При
цьому утворюються токсичні гази, які становлять загрозу для людини та навколишнього
середовища. Використання органічних кислот дозволило б позбутися цього недоліку і мало б
переваги завдяки здешевленню процесу, безпечності цих кислот для довкілля та їхньої
здатності до біодеградації. Першим прикладом застосування органічної (цитратної) кислоти
для вилуговування катодних мас ЛІА на основі LiCoO2 була робота [7], надалі праці в цьому
напрямку набули значного поширення [1, 2]. Що ж до LFP, то таких досліджень проведено
небагато. Так, його вилуговування розчином цитратної кислоти з додаванням пероксиду
водню вивчено в роботі [8], а лимонним соком – у роботі [9]. В обох публікаціях
відпрацьований LiFePO4 розчиняли у розчинах, що містили цитратну кислоту, з яких потім
окремо виділяли Li2CO3 та FePO4, одержані солі змішували і з суміші отримували
регенерований LiFePO4.
Метою нашої роботи було спрощення процесу регенерації LiFePO4 шляхом
вилуговування розчином цитратної кислоти завдяки вилученню стадії окремого виділення
Li2CO3 та FePO4.
ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ: Джерелом відпрацьованого LiFePO4 в
наших дослідженнях виступала літій-залізо-фосфатна батарея HWE200A, LF54174200 3.2V
200Ah (Китай) [10]. Батарея вийшла з ладу внаслідок внутрішнього короткого замикання,
напруга на клемах акумулятора складала 0 В, тобто LFP знаходився у перерозрядженому
стані. Після механічного розбирання корпусу акумулятора було знайдено, що електроди
(катод і анод) у деяких місцях прогоріли і сплавилися між собою (рис. 1).
Рис. 1. Зовнішній вигляд батареї HWE200A
Fig. 1. External view of the HWE200A battery.
Після зняття корпусу батареї катод, анод і сепаратор механічно відокремлювалися
один від одного. Катод, який являв собою електродну масу на основі LiFePO4, нанесену з
обох сторін на алюмінієву фольгу, нарізали на рівні частини площею ⁓25 см² та занурювали
у розчин цитратної кислоти (H3Cit). Для приготування 2 М розчину використовували
моногідрат цитратної кислоти марки “ч”. У скляну ємність додавали ⁓12 г нарізаних шматків
електродів та заливали розчином кислоти. Співвідношення H3Cit до LiFePO4 складало 0,5:1.
Електроди витримували у розчині протягом 30 хв при перемішуванні за температури 50 ºС.
Серед катодних матеріалів комерційних ЛІА значну увагу привертає літій-залізо-
фосфат (LiFePO4, LFP) [3]. Так, ЛІА з катодами, що містять LFP, здатні швидко заряджатися
великим струмом і знаходять використання в електромобілях Chevrolet [4]. Менша реакційна
здатність LFP порівняно з іншими катодними матеріалами спричиняє певні відмінності у
підходах до регенерації відпрацьованих ЛІА з катодами, що містять LFP [5, 6].
Це особливо помітно на прикладі гідрометалургійних процесів вилуговування катодних
матеріалів кислотами. Зазвичай цю операцію проводять за допомогою сильних кислот. При
цьому утворюються токсичні гази, які становлять загрозу для людини та навколишнього
середовища. Використання органічних кислот дозволило б позбутися цього недоліку і мало б
переваги завдяки здешевленню процесу, безпечності цих кислот для довкілля та їхньої
здатності до біодеградації. Першим прикладом застосування органічної (цитратної) кислоти
для вилуговування катодних мас ЛІА на основі LiCoO2 була робота [7], надалі праці в цьому
напрямку набули значного поширення [1, 2]. Що ж до LFP, то таких досліджень проведено
небагато. Так, його вилуговування розчином цитратної кислоти з додаванням пероксиду
водню вивчено в роботі [8], а лимонним соком – у роботі [9]. В обох публікаціях
відпрацьований LiFePO4 розчиняли у розчинах, що містили цитратну кислоту, з яких потім
окремо виділяли Li2CO3 та FePO4, одержані солі змішували і з суміші отримували
регенерований LiFePO4.
Метою нашої роботи було спрощення процесу регенерації LiFePO4 шляхом
вилуговування розчином цитратної кислоти завдяки вилученню стадії окремого виділення
Li2CO3 та FePO4.
ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ: Джерелом відпрацьованого LiFePO4 в
наших дослідженнях виступала літій-залізо-фосфатна батарея HWE200A, LF54174200 3.2V
200Ah (Китай) [10]. Батарея вийшла з ладу внаслідок внутрішнього короткого замикання,
напруга на клемах акумулятора складала 0 В, тобто LFP знаходився у перерозрядженому
стані. Після механічного розбирання корпусу акумулятора було знайдено, що електроди
(катод і анод) у деяких місцях прогоріли і сплавилися між собою (рис. 1).
Рис. 1. Зовнішній вигляд батареї HWE200A
Fig. 1. External view of the HWE200A battery.
Після зняття корпусу батареї катод, анод і сепаратор механічно відокремлювалися
один від одного. Катод, який являв собою електродну масу на основі LiFePO4, нанесену з
обох сторін на алюмінієву фольгу, нарізали на рівні частини площею ⁓25 см² та занурювали
у розчин цитратної кислоти (H3Cit). Для приготування 2 М розчину використовували
моногідрат цитратної кислоти марки “ч”. У скляну ємність додавали ⁓12 г нарізаних шматків
електродів та заливали розчином кислоти. Співвідношення H3Cit до LiFePO4 складало 0,5:1.
Електроди витримували у розчині протягом 30 хв при перемішуванні за температури 50 ºС.
192 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ LiFePO4, ВІДНОВЛЕНОГО
ПІСЛЯ ДЕГРАДАЦІЇ АКУМУЛЯТОРАФІЗИЧНА ХІМІЯ
мікроскопії та енергодисперсійної рентге-
нівської спектроскопії (EDS) (JSM-6700F,
JEOL, Японія).
Катодний матеріал для електрохіміч-
них досліджень із відновленого композиту
складався на 90% – із LiFePO4/С, на 5% – з
ацетиленової сажі та на 5% – із полі(віні-
лідендифториду). Приготування катодної
суспензії відбувалося шляхом перемішу-
вання на змішувачі IKA RW 20 упродовж
50 хв. Отриману суспензію наносили на
алюмінієву фольгу. Усереднену характе-
ристику отриманих електродів наведено у
табл. 1. Пористість електрода визначали за
відношенням кристалографічної густини
LiFePO4 до вимірюваної густини електрод-
ного матеріалу.
Таблиця 1
Усереднені параметри електродів
Table 1.
Averaged electrode parameters.
Маса електрода, г Маса LiFePO4/С, г Товщина електрода, мкм Пористість електрода, %
0,0177±0,0001 0,01215±0,0001 55±0,5 50,8±0,5
Електрохімічні дослідження проводили
в елементах габариту 2016. Складання еле-
ментів відбувалося в сухому боксі. Як про-
тиелектрод використовували металічний
літій, електролітом слугував 1М розчин
LiPF6 у суміші етиленкарбонату та етил-
метилкарбонату (1:1) (Aldrich), а сепарато-
ром – Cеlgard 2500. Гальваностатичні дослі-
дження проводили за допомогою гальвано-
стату G 410-4 Mtech (Україна).
Дифрактограма LiFePO4/C добре відпо-
відає довідниковим даним JCPDS № 81–
1173 (рис. 2, а). У зразках немає явних домі-
шок і піків вихідної сировини, що свідчить
про належну чистоту отриманого матеріа-
лу. Оскільки домішки вуглецю є незначни-
ми і знаходяться у аморфному стані, вони
не відображуються на рентгенограмі. Від-
повідно до розрахунків за формулою Ше-
рера, розмір кристалів матеріалу становить
65 нм. Параметри елементарної комірки
та її об’єм наведено в таблиці 2. Отримані
значення добре збігаються з наведеними в
роботі [3].
Як свідчать дані скануючої електронної
мікроскопії (рис. 2, б), зразок являє собою
агломеровані частинки завбільшки 170–
650 нм. Це означає, що кожна з них склада-
ється з 3–10 кристалітів.
Таблиця 2
Параметри кристалевої ґратки LiFePO4
Table 2.
Parameters of the crystal lattice of LiFePO4.
Зразок a (Å) b (Å) c (Å) Об’єм комірки
(Å)3
LiFePO4 10.3103 6.4195 4.5689 302.4012
193https://ucj.org.ua
І. Щербатюк, А. Базієвський, Д. Панченко, М. Горобець, К. Вавілон, В. Зінін, С. Дубіневіч,
Г. Потапенко, О. Потапенко, О. Голуб, С. Кириллов УХЖ № 12 / ТОМ 88
а б
Рис. 2. Дифрактограма (а) та мікрофотографія (б) відновленого LiFePO4/C
Fig. 2. XRD pattern (a) and microphotograph (b) of the recovered LiFePO4/C.
а
б
Рис. 2. Дифрактограма (а) та мікрофотографія (б) відновленого LiFePO4/C
Fig. 2. XRD pattern (a) and microphotograph (b) of the restored LiFePO4/C
Таблиця 2
Параметри кристалевої ґратки LiFePO4
Table 2.
Parameters of the crystal lattice of LiFePO4.
Зразок a (Å) b (Å) c (Å)
Об’єм
комірки
(Å)3
LiFePO4 10.3103 6.4195 4.5689 302.4012
Як свідчать дані скануючої електронної мікроскопії (рис. 2, б), зразок являє собою
агломеровані частинки завбільшки 170–650 нм. Це означає, що кожна з них складається з 3–
10 кристалітів.
Результати кількісного елементного аналізу зразка LiFePO4/С за методом EDS
наведено на рис. 3. Співвідношення атомних відсотків заліза, фосфору і кисню відповідає
утворенню сполуки LiFePO4 (Кα-випромінювання літію, Z = 3, має надто низьку енергію для
детектування, тому методом EDS не визначається). Аналіз масової частки елементів показує
сумарний вміст вуглецевих продуктів, утворених після піролізу і термооброблення
відновленого композиту LiFePO4/С на рівні 9.3%. Отримане значення збігається зі вмістом
вуглецевих продуктів, визначеним при розчиненні LiFePO4 у концентрованій азотній кислоті
з подальшим фільтруванням нерозчинних продуктів, які складаються з «баластного»
вуглецю (який, своєю чергою, утворений з продуктів піролізу цитратів літію, заліза (II) та
полімерного в’яжучого матеріалу в інертній атмосфері, а також ацетиленової сажі, яка
входила до складу катодного матеріалу, що піддавався відновленню).
Елемент Kα,
кеВ
Масова
частка, % Похибка, % Атомна
частка, %
C 0,277 9,29 0,25 17,86
O 0,525 37,58 0,24 54,21
P 2,013 18,06 0,19 13,45
Fe 6,398 35,06 0,86 14,49
Загалом 100,00 100,00
Рис. 3. Рентгенівський спектр та дані аналізу елементного складу зразка LiFePO4/С методом EDS
Fig. 3. X-ray spectrum and EDS elemental analysis data of the LiFePO4/C sample.
а
б
Рис. 2. Дифрактограма (а) та мікрофотографія (б) відновленого LiFePO4/C
Fig. 2. XRD pattern (a) and microphotograph (b) of the restored LiFePO4/C
Таблиця 2
Параметри кристалевої ґратки LiFePO4
Table 2.
Parameters of the crystal lattice of LiFePO4.
Зразок a (Å) b (Å) c (Å)
Об’єм
комірки
(Å)3
LiFePO4 10.3103 6.4195 4.5689 302.4012
Як свідчать дані скануючої електронної мікроскопії (рис. 2, б), зразок являє собою
агломеровані частинки завбільшки 170–650 нм. Це означає, що кожна з них складається з 3–
10 кристалітів.
Результати кількісного елементного аналізу зразка LiFePO4/С за методом EDS
наведено на рис. 3. Співвідношення атомних відсотків заліза, фосфору і кисню відповідає
утворенню сполуки LiFePO4 (Кα-випромінювання літію, Z = 3, має надто низьку енергію для
детектування, тому методом EDS не визначається). Аналіз масової частки елементів показує
сумарний вміст вуглецевих продуктів, утворених після піролізу і термооброблення
відновленого композиту LiFePO4/С на рівні 9.3%. Отримане значення збігається зі вмістом
вуглецевих продуктів, визначеним при розчиненні LiFePO4 у концентрованій азотній кислоті
з подальшим фільтруванням нерозчинних продуктів, які складаються з «баластного»
вуглецю (який, своєю чергою, утворений з продуктів піролізу цитратів літію, заліза (II) та
полімерного в’яжучого матеріалу в інертній атмосфері, а також ацетиленової сажі, яка
входила до складу катодного матеріалу, що піддавався відновленню).
Елемент Kα,
кеВ
Масова
частка, % Похибка, % Атомна
частка, %
C 0,277 9,29 0,25 17,86
O 0,525 37,58 0,24 54,21
P 2,013 18,06 0,19 13,45
Fe 6,398 35,06 0,86 14,49
Загалом 100,00 100,00
Рис. 3. Рентгенівський спектр та дані аналізу елементного складу зразка LiFePO4/С методом EDS
Fig. 3. X-ray spectrum and EDS elemental analysis data of the LiFePO4/C sample.
Результати кількісного елементного ана-
лізу зразка LiFePO4/С за методом EDS на-
ведено на рис. 3. Співвідношення атомних
відсотків заліза, фосфору і кисню відпові-
дає утворенню сполуки LiFePO4 (Кα-випро-
мінювання літію, Z = 3, має надто низьку
енергію для детектування, тому методом
EDS не визначається). Аналіз масової част-
ки елементів показує сумарний вміст вугле-
цевих продуктів, утворених після піролізу і
термооброблення відновленого композиту
LiFePO4/С на рівні 9.3%. Отримане значен-
ня збігається зі вмістом вуглецевих продук-
тів, визначеним при розчиненні LiFePO4 у
концентрованій азотній кислоті з подаль-
шим фільтруванням нерозчинних продук-
тів, які складаються з «баластного» вуглецю
(який, своєю чергою, утворений з продук-
тів піролізу цитратів літію, заліза (II) та по-
лімерного в’яжучого матеріалу в інертній
атмосфері, а також ацетиленової сажі, яка
входила до складу катодного матеріалу, що
піддавався відновленню).
Залежності питомої ємності від густини
струму наведено на рис. 4. Відомо, що пи-
тома ємність LiFePO4 складає 170 мА∙год/г
[3]. У нашому випадку за струму 0.1 С вона
сягає значень 145 мА∙год/г. При збільшен-
ні густини заряд/розрядного струму пито-
ма ємність зразка знижується і за струму
2 С становить 95 мА∙год/г. Стабільність
циклування відновленого композиту і ку-
лонівську ефективність представлено на
рис. 5. На 1-му циклі питома ємність ком-
позитного матеріалу LiFePO4/С дорівнює
139 мА∙год/г із кулонівською ефективністю
95.4%. За подальшого циклування кулонів-
ська ефективність збільшується і стано-
вить 99.0±0.1%. Слід зазначити, що питома
ємність відновленого запропонованим спо-
собом композитного матеріалу LiFePO4/С
(145 мА∙год/г) мало відрізняється від ємно-
стей комерційних аналогів [11, 12]). Це, на
нашу думку, свідчить про перспективність
запропонованого в цій роботі методу реге-
нерації літій-залізо-фосфату.
194 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ LiFePO4, ВІДНОВЛЕНОГО
ПІСЛЯ ДЕГРАДАЦІЇ АКУМУЛЯТОРАФІЗИЧНА ХІМІЯ
Рис. 3. Рентгенівський спектр та дані аналізу елементного складу
зразка LiFePO4/С методом EDS
Fig. 3. X-ray spectrum and EDS elemental analysis data of the LiFePO4/C sample.
Елемент Kα, кеВ Масова частка, % Похибка, % Атомна частка, %
C 0,277 9,29 0,25 17,86
O 0,525 37,58 0,24 54,21
P 2,013 18,06 0,19 13,45
Fe 6,398 35,06 0,86 14,49
Загалом 100,00 100,00
а
б
Рис. 2. Дифрактограма (а) та мікрофотографія (б) відновленого LiFePO4/C
Fig. 2. XRD pattern (a) and microphotograph (b) of the restored LiFePO4/C
Таблиця 2
Параметри кристалевої ґратки LiFePO4
Table 2.
Parameters of the crystal lattice of LiFePO4.
Зразок a (Å) b (Å) c (Å)
Об’єм
комірки
(Å)3
LiFePO4 10.3103 6.4195 4.5689 302.4012
Як свідчать дані скануючої електронної мікроскопії (рис. 2, б), зразок являє собою
агломеровані частинки завбільшки 170–650 нм. Це означає, що кожна з них складається з 3–
10 кристалітів.
Результати кількісного елементного аналізу зразка LiFePO4/С за методом EDS
наведено на рис. 3. Співвідношення атомних відсотків заліза, фосфору і кисню відповідає
утворенню сполуки LiFePO4 (Кα-випромінювання літію, Z = 3, має надто низьку енергію для
детектування, тому методом EDS не визначається). Аналіз масової частки елементів показує
сумарний вміст вуглецевих продуктів, утворених після піролізу і термооброблення
відновленого композиту LiFePO4/С на рівні 9.3%. Отримане значення збігається зі вмістом
вуглецевих продуктів, визначеним при розчиненні LiFePO4 у концентрованій азотній кислоті
з подальшим фільтруванням нерозчинних продуктів, які складаються з «баластного»
вуглецю (який, своєю чергою, утворений з продуктів піролізу цитратів літію, заліза (II) та
полімерного в’яжучого матеріалу в інертній атмосфері, а також ацетиленової сажі, яка
входила до складу катодного матеріалу, що піддавався відновленню).
Елемент Kα,
кеВ
Масова
частка, % Похибка, % Атомна
частка, %
C 0,277 9,29 0,25 17,86
O 0,525 37,58 0,24 54,21
P 2,013 18,06 0,19 13,45
Fe 6,398 35,06 0,86 14,49
Загалом 100,00 100,00
Рис. 3. Рентгенівський спектр та дані аналізу елементного складу зразка LiFePO4/С методом EDS
Fig. 3. X-ray spectrum and EDS elemental analysis data of the LiFePO4/C sample.
Рис. 4. Залежність питомої ємності
відновленого композиту LiFePO4/С від
густини струму
Fig. 4. Dependence of specific capacity of
the recovered LiFePO4/C composite on cur-
rent density.
Залежності питомої ємності від густини струму наведено на рис. 4. Відомо, що питома
ємність LiFePO4 складає 170 мА∙год/г [3]. У нашому випадку за струму 0.1 С вона сягає
значень 145 мА∙год/г. При збільшенні густини заряд/розрядного струму питома ємність
зразка знижується і за струму 2 С становить 95 мА∙год/г. Стабільність циклування
відновленого композиту і кулонівську ефективність представлено на рис. 5. На 1-му циклі
питома ємність композитного матеріалу LiFePO4/С дорівнює 139 мА∙год/г із кулонівською
ефективністю 95.4%. За подальшого циклування кулонівська ефективність збільшується і
становить 99.0±0.1%. Слід зазначити, що питома ємність відновленого запропонованим
способом композитного матеріалу LiFePO4/С (145 мА∙год/г) мало відрізняється від ємностей
комерційних аналогів [11, 12]). Це, на нашу думку, свідчить про перспективність
пропонованого в цій роботі методу регенерації літій-залізо-фосфату.
Рис. 4. Залежність питомої ємності відновленого композиту LiFePO4/С від густини струму
Fig. 4. Dependence of specific capacity of the restored LiFePO4/C composite on current density.
Рис. 5. Зміна питомої ємності та кулонівської ефективності при циклуванні відновленого композиту
LiFePO4/С
Fig. 5. Changes in specific capacity and coulombic efficiency during cycling of the recovered LiFePO4/C
composite.
ВИСНОВКИ: Проведено відновлення катодного матеріалу LiFePO4/С із комерційного
джерела струму за допомогою розчину цитратної кислоти без додаткового розділення
компонентів. Встановлено, що використовуючи цитратну кислоту у співвідношенні
H3Cit:LiFePO4=0,5:1, можна ефективно та швидко відділяти електродний матеріал від
алюмінієвого струмознімача. Подальший піроліз та термооброблення цитратного розчину
дозволяє отримати композитний матеріал LiFePO4/С високої чистоти без сторонніх домішок,
за винятком аморфного вуглецю, який утворюється при піролізі цитратів заліза (II) і літію та
195https://ucj.org.ua
І. Щербатюк, А. Базієвський, Д. Панченко, М. Горобець, К. Вавілон, В. Зінін, С. Дубіневіч,
Г. Потапенко, О. Потапенко, О. Голуб, С. Кириллов УХЖ № 12 / ТОМ 88
Рис. 5. Зміна питомої ємності та кулонівської ефективності при циклуванні відновленого ком
позиту LiFePO4/С
Fig. 5. Changes in specific capacity and coulombic efficiency during upon of the recovered LiFePO4/C
composite.
Залежності питомої ємності від густини струму наведено на рис. 4. Відомо, що питома
ємність LiFePO4 складає 170 мА∙год/г [3]. У нашому випадку за струму 0.1 С вона сягає
значень 145 мА∙год/г. При збільшенні густини заряд/розрядного струму питома ємність
зразка знижується і за струму 2 С становить 95 мА∙год/г. Стабільність циклування
відновленого композиту і кулонівську ефективність представлено на рис. 5. На 1-му циклі
питома ємність композитного матеріалу LiFePO4/С дорівнює 139 мА∙год/г із кулонівською
ефективністю 95.4%. За подальшого циклування кулонівська ефективність збільшується і
становить 99.0±0.1%. Слід зазначити, що питома ємність відновленого запропонованим
способом композитного матеріалу LiFePO4/С (145 мА∙год/г) мало відрізняється від ємностей
комерційних аналогів [11, 12]). Це, на нашу думку, свідчить про перспективність
пропонованого в цій роботі методу регенерації літій-залізо-фосфату.
Рис. 4. Залежність питомої ємності відновленого композиту LiFePO4/С від густини струму
Fig. 4. Dependence of specific capacity of the restored LiFePO4/C composite on current density.
Рис. 5. Зміна питомої ємності та кулонівської ефективності при циклуванні відновленого композиту
LiFePO4/С
Fig. 5. Changes in specific capacity and coulombic efficiency during cycling of the recovered LiFePO4/C
composite.
ВИСНОВКИ: Проведено відновлення катодного матеріалу LiFePO4/С із комерційного
джерела струму за допомогою розчину цитратної кислоти без додаткового розділення
компонентів. Встановлено, що використовуючи цитратну кислоту у співвідношенні
H3Cit:LiFePO4=0,5:1, можна ефективно та швидко відділяти електродний матеріал від
алюмінієвого струмознімача. Подальший піроліз та термооброблення цитратного розчину
дозволяє отримати композитний матеріал LiFePO4/С високої чистоти без сторонніх домішок,
за винятком аморфного вуглецю, який утворюється при піролізі цитратів заліза (II) і літію та
ВИСНОВКИ: Проведено відновлення
катодного матеріалу LiFePO4/С із комерцій-
ного джерела струму за допомогою розчи-
ну цитратної кислоти без додаткового роз-
ділення компонентів. Встановлено, що ви-
користовуючи цитратну кислоту у співвід-
ношенні H3Cit:LiFePO4=0,5:1, можна ефек-
тивно та швидко відділяти електродний
матеріал від алюмінієвого струмознімача.
Подальший піроліз та термооброблення
цитратного розчину дозволяє отримати
композитний матеріал LiFePO4/С високої
чистоти без сторонніх домішок, за винят-
ком аморфного вуглецю, який утворюється
при піролізі цитратів заліза (II) і літію та
термічному розкладанні в’яжучого матері-
алу в інертній атмосфері. Питома ємність
відновленого запропонованим способом
композитного матеріалу LiFePO4/С досягає
значення (145 мА∙год/г) та мало відрізня-
ється від ємності комерційних аналогів. Це,
на нашу думку, свідчить про перспектив-
ність запропонованого в цій роботі методу
регенерації літій-залізо-фосфату.
Роботу виконано за фінансової
підтримки НАН України в межах
держбюджетної теми: «Розроблення
методу відновлення активних мате-
ріалів після деградації літій-іонних
акумуляторів». Державний реєстра-
ційний номер – 0123U101087.
196 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ LiFePO4, ВІДНОВЛЕНОГО
ПІСЛЯ ДЕГРАДАЦІЇ АКУМУЛЯТОРАФІЗИЧНА ХІМІЯ
ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS
OF LiFePO4, RECOVERED AFTER
BATTERY DEGRADATION
I. Shcherbatiuk 1, A. Bazievskiy1,
D. Panchenko1, M. Gorobetz1, К. Vavilon1,2,
V. Zinin2, S. Dubinevich2, H. Potapenko1,3,
О. Potapenko1, О. Golub4, S. Kirillov1*
1 Joint Department of electrochemical Energy
Systems, NAS of Ukraine,
38 A Akаd. Vernadsky Ave., 03142 Kyiv, Ukraine
2 MaxAh LLC, of. 62, 68/1 Beresteiskyi Ave.,
03113 Kyiv, Ukraine
3 School of Materials Metallurgy and Chemistry,
Jiangxi University of Science and Technology,
86 Hongqi Ave., Ganzhou, Jiangxi, P.R. China
4 Department of Natural Sciences, Kyiv-Mohyla
Academy, 2 Skovorody St., 04655 Kyiv, Ukraine
*email: kir@i.kiev.ua
Due to the ability of LiFePO4 (LFP) to be
charged with large currents, LFP batteries
are widely used in household appliances and
electric vehicles, so the recycling of spent LFP
batteries becomes an urgent need. First, they
contain toxic components of electrolyte that
cannot be buried in landfills; secondly, the
cost of lithium which contains in the electrode
material continuously increases, and therefore
its return to circulation is profitable and expe
dient. To achieve this goal, much attention is
paid to hydrometallurgical processing based
on the chemical extraction of Li2CO3 and
FePO4 during the regeneration of the electrode
material. Here we report on the wet chemistry
recycling of used LFP batteries. The main task
of the work was to simplify the LiFePO4 regene
ration process by leaching with a solution of
citric acid due to the elimination of the stage
of isolation of Li2CO3 and FePO4, i.e. without
selective separation of the filtrate components.
The source of spent LiFePO4 was an industrial
lithium iron phosphate battery failed due to an
internal short circuit. It was found that using
citric acid in the ratio H3Cit:LiFePO4=0.5:1,
it is possible to efficiently and quickly sepa-
rate the electrode material from the aluminum
current collector. Further pyrolysis and heat
treatment of the citrate solution makes it pos-
sible to obtain a high-purity LiFePO4/C com-
posite material without extraneous impurities,
except for amorphous carbon, which is formed
during the pyrolysis of iron (II) and lithium
citrates and the thermal decomposition of the
binding material in an inert atmosphere. The
specific capacity of the LiFePO4/C composite
material recovered by the proposed method
(145 mA∙h/g) insignificantly differs from that
of commercial analogues. This, in our opinion,
indicates good prospects of the lithium-iron
phosphate regeneration method proposed in
this paper.
Key words: lithium-ion batteries, recovery,
lithium iron phosphate, citric acid.
ЛІТЕРАТУРА
1. Larouche F., Tedjar F., Amouzegar K., Hou-
lachi G., Bouchard P., Demopoulos G.P.,
Zaghib K. Progress and status of hydrome
tallurgical and direct recycling of Li-ion bat-
teries and beyond. Materials 2020. 13. P. 801.
https://dx.doi.org/10.3390/ma13030801
2. Fan E., Li L., Wang Z., Lin J., Huang Y., Yao
Y., Chen R, Wu F. Sustainable recycling
technology for Li-ion batteries and beyond:
197https://ucj.org.ua
І. Щербатюк, А. Базієвський, Д. Панченко, М. Горобець, К. Вавілон, В. Зінін, С. Дубіневіч,
Г. Потапенко, О. Потапенко, О. Голуб, С. Кириллов УХЖ № 12 / ТОМ 88
Challenges and future prospects. Chem. Rev.
2020. 120. P. 7020–7063.
https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemrev.
9b00535
3. Padhi A.K., Nanjundaswamy K.S., Goode-
nough J.B. Phospho‐olivines as positive‐elec-
trode materials for rechargeable lithium bat-
teries. J. Electrochem. Soc. 1997. 144. P. 1188–
1194. https://doi.org/10.1149/1.1837571
4. Kirillov S.A. Electrode materials and elec-
trolytes for high-rate electrochemical energy
systems: a review. Theor. Exp. Chem. 2019.
55. P. 73–95.
https://dx.doi.org/10.1007/s11237-019-
09598-2
5. Wang M., Liu K., Dutta S., Alessi D.S., Rin-
klebe J., Ok Y.S., Tsang D.C.W. Recycling
of lithium iron phosphate batteries: Status,
technologies, challenges, and prospects. Re-
new. Sustain. Energy Rev. 2022. 163/112515.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112515
6. Fatima N., Solangi N., Safdar F., Kumar J. A
short overview of recycling and treatment
of spent LiFePO4 battery. North Amer. Acad.
Res. 2022. 5. P. 76–87.
https://doi.org/10.5281/zenodo.6970023
7. Li L., Ge J., Wu F., Chen R., Chen S., Wu B.
Recovery of cobalt and lithium from spent
lithium ion batteries using organic citric
acid as leachant. J. Hazard. Mat. 2010. 176.
P. 288–293.
https://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.
11.026
8. Li L., Bian Y., Zhang X., Yao Y., Xue Q.,
Fan E., Wua F., Chen R. A green and effec-
tive room-temperature recycling process of
LiFePO4 cathode materials for lithium-ion
batteries. Waste Management 2019. 85.
P. 437–444.
https://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.
01.012
9. Kumar J., Shen X., Li B., Liu H., Zhao J. Se-
lective recovery of Li and FePO4 from spent
LiFePO4 cathode scraps by organic acids and
the properties of the regenerated LiFePO4.
Waste Management 2020. 113. P. 32–40.
https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.05.
046
10. https://howellenergy.en.made-in-china.
com/product/vOjnfzCVlDkq/China-3-2V-
200ah-Prismatic-Deep-Cycle-LiFePO4-Re-
chargeable-Solar-Batteries.html
11. https://www.nanoshel.com/product/lithi-
um-iron-phosphate-powder
12. https://www.msesupplies.com/products/
lithium-iron-phosphate-lifepo4-pow-
der-500g?variant=7127289092
13. https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(II)_cit-
rate
REFERENCES
1. Larouche F., Tedjar F., Amouzegar K., Hou-
lachi G., Bouchard P., Demopoulos G.P.,
Zaghib K. Progress and status of hydrome
tallurgical and direct recycling of Li-ion bat-
teries and beyond. Materials. 2020. 13: 801.
doi:10.3390/ma13030801
2. Fan E., Li L., Wang Z., Lin J., Huang Y., Yao
Y., Chen R, Wu F. Sustainable recycling
technology for Li-ion batteries and beyond:
Challenges and future prospects. Chem. Rev.
2020. 120: 7020–7063.
doi:10.1021/acs.chemrev.9b00535
3. Padhi A.K., Nanjundaswamy K.S., Good-
enough J.B. Phospho olivines as positive
electrode materials for rechargeable lithi-
um batteries. J. Electrochem. Soc. 1997. 144:
1188–1194. doi:10.1149/1.1837571
4. Kirillov S.A. Electrode materials and elec-
trolytes for high-rate electrochemical energy
198 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2022
ЕЛЕКТРОХІМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ LiFePO4, ВІДНОВЛЕНОГО
ПІСЛЯ ДЕГРАДАЦІЇ АКУМУЛЯТОРАФІЗИЧНА ХІМІЯ
systems: a review. Theor. Exp. Chem. 2019.
55: 73–95. doi:10.1007/s11237-019-09598-2
5. Wang M., Liu K., Dutta S., Alessi D.S., Rin-
klebe J., Ok Y.S., Tsang D.C.W. Recycling
of lithium iron phosphate batteries: Status,
technologies, challenges, and prospects. Re-
new. Sustain. Energy Rev. 2022. 163: 112515.
doi:10.1016/j.rser.2022.112515
6. Fatima N., Solangi N., Safdar F., Kumar J. A
short overview of recycling and treatment of
spent LiFePO 4 battery. North Amer. Acad.
Res. 2022. 5: 76–87.
doi:10.5281/zenodo.6970023
7. Li L., Ge J., Wu F., Chen R., Chen S., Wu B.
Recovery of cobalt and lithium from spent
lithium ion batteries using organic citric
acid as leachant. J. Hazard. Mat. 2010. 176:
288–293 doi:10.1016/j.jhazmat.2009.11.026
8. Li L., Bian Y., Zhang X., Yao Y., Xue Q.,
Fan E., Wua F., Chen R. A green and effec-
tive room-temperature recycling process of
LiFePO 4 cathode materials for lithium-ion
batteries. Waste Management. 2019. 85:
437–444.
doi:10.1016/j.wasman.2019.01.012
9. Kumar J., Shen X., Li B., Liu H., Zhao J.
Selective recovery of Li and FePO 4 from
spent LiFePO 4 cathode scraps by organic
acids and the properties of the regenerated
LiFePO4. Waste Management. 2020. 113:
32–40.
doi:10.1016/j.wasman.2020.05.046
10. https://howellenergy.en.made-in-china.
com/product/vOjnfzCVlDkq/China-3-2V-
200ah-Prismatic-Deep-Cycle-LiFePO4-Re-
chargeable-Solar-Batteries.html
11. https://www.nanoshel.com/product/lithi-
um-iron-phosphate-powder
12. https://www.msesupplies.com/products/
lithium-iron-phosphate-lifepo4-powder-
500 g?variant=7127289092
13. https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(II)_cit-
rate.
Cтаття надійшла 27.12. 2022.
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-508 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:09:15Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/bf/3f706d7106b17999e9093e834419f7bf.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-5082026-07-22T08:23:50Z ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF LiFePO4, RECOVERED AFTER BATTERY DEGRADATION Shcherbatiuk , Ivan Bazievskiy , Andrii Panchenko, Danylo Gorobets , Margaryta Potapenko , Оleksandr Vavilon , Кlym Potapenko , Hanna Kirillov , Sviatoslav Zinin , Viacheslav Dubinevych , Serhii Golub , Оleksandr lithium-ion batteries, recovery, lithium iron phosphate, citric acid. Due to the ability of LiFePO4 (LFP) to be charged with large currents, LFP batteries are widely used in household appliances and electric vehicles, so the recycling of spent LFP batteries becomes an urgent need. First, they contain toxic components of electrolyte that cannot be buried in landfills; secondly, the cost of lithium which contains in the electrode material continuously increases, and therefore its return to circulation is profitable and expedient. To achieve this goal, much attention is paid to hydrometallurgical processing based on the chemical extraction of Li2CO3 and FePO4 during the regeneration of the electrode material. Here we report on the wet chemistry recycling of used LFP batteries. The main task of the work was to simplify the LiFePO4 regeneration process by leaching with a solution of citric acid due to the elimination of the stage of isolation of Li2CO3 and FePO4, i.e. without selective separation of the filtrate components. The source of spent LiFePO4 was an industrial lithium iron phosphate battery failed due to an internal short circuit. It was found that using citric acid in the ratio H3Cit:LiFePO4=0.5:1, it is possible to efficiently and quickly separate the electrode material from the aluminum current collector. Further pyrolysis and heat treatment of the citrate solution makes it possible to obtain a high-purity LiFePO4/C composite material without extraneous impurities, except for amorphous carbon, which is formed during the pyrolysis of iron (II) and lithium citrates and the thermal decomposition of the binding material in an inert atmosphere. The specific capacity of the LiFePO4/C composite material recovered by the proposed method (145 mA∙h/g) insignificantly differs from that of commercial analogues. This, in our opinion, indicates good prospects of the lithium-iron phosphate regeneration method proposed in this paper. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2023-01-27 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/508 10.33609/2708-129X.88.12.2022.189-198 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 88 No. 12 (2022): Ukrainian Chemistry Journal; 189-198 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 88 ##issue.no## 12 (2022): Ukrainian Chemistry Journal; 189-198 Український хімічний журнал; Том 88 № 12 (2022): Український хімічний журнал; 189-198 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/508/260 Copyright (c) 2023 Ivan Shcherbatiuk , Andrii Bazievskiy , Danylo Panchenko, Margaryta Gorobets , Оleksandr Potapenko , Кlym Vavilon , Hanna Potapenko , Sviatoslav Kirillov , Viacheslav Zinin , Serhii Dubinevych , Оleksandr Golub https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Shcherbatiuk , Ivan Bazievskiy , Andrii Panchenko, Danylo Gorobets , Margaryta Potapenko , Оleksandr Vavilon , Кlym Potapenko , Hanna Kirillov , Sviatoslav Zinin , Viacheslav Dubinevych , Serhii Golub , Оleksandr ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF LiFePO4, RECOVERED AFTER BATTERY DEGRADATION |
| title | ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF LiFePO4, RECOVERED AFTER BATTERY DEGRADATION |
| title_full | ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF LiFePO4, RECOVERED AFTER BATTERY DEGRADATION |
| title_fullStr | ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF LiFePO4, RECOVERED AFTER BATTERY DEGRADATION |
| title_full_unstemmed | ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF LiFePO4, RECOVERED AFTER BATTERY DEGRADATION |
| title_short | ELECTROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF LiFePO4, RECOVERED AFTER BATTERY DEGRADATION |
| title_sort | electrochemical characteristics of lifepo4, recovered after battery degradation |
| topic_facet | lithium-ion batteries recovery lithium iron phosphate citric acid. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/508 |
| work_keys_str_mv | AT shcherbatiukivan electrochemicalcharacteristicsoflifepo4recoveredafterbatterydegradation AT bazievskiyandrii electrochemicalcharacteristicsoflifepo4recoveredafterbatterydegradation AT panchenkodanylo electrochemicalcharacteristicsoflifepo4recoveredafterbatterydegradation AT gorobetsmargaryta electrochemicalcharacteristicsoflifepo4recoveredafterbatterydegradation AT potapenkooleksandr electrochemicalcharacteristicsoflifepo4recoveredafterbatterydegradation AT vavilonklym electrochemicalcharacteristicsoflifepo4recoveredafterbatterydegradation AT potapenkohanna electrochemicalcharacteristicsoflifepo4recoveredafterbatterydegradation AT kirillovsviatoslav electrochemicalcharacteristicsoflifepo4recoveredafterbatterydegradation AT zininviacheslav electrochemicalcharacteristicsoflifepo4recoveredafterbatterydegradation AT dubinevychserhii electrochemicalcharacteristicsoflifepo4recoveredafterbatterydegradation AT goluboleksandr electrochemicalcharacteristicsoflifepo4recoveredafterbatterydegradation |