Современные подходы к переработке отработавших литий-ионных аккумуляторов

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

В настоящем кратком обзоре рассмотрены основные подходы к переработке отработавших литий-ионных аккумуляторов. Приведено описание исходного сырья в зависимости от элементного состава катодного материала. Кратко описаны основные способы переработки аккумуляторов, разрабатываемые в настоящее время: пирометаллургический, гидрометаллургический и прямая переработка. Наиболее оптимальным признан гидрометаллургический метод. Для указанного процесса приведено описание основных технологических стадий: стадии предварительной обработки аккумуляторов, щелочной обработки мелкой фракции, представляющей собой смесь анодного и катодного материала, кислотного выщелачивания катодного материала и последующей переработки продукта выщелачивания с целью выделения ценных компонентов в индивидуальном виде.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. Ю. Цивадзе

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Author for correspondence.
Email: m-protect@mail.ru
Russian Federation, Ленинский пр-т, 31, корп. 4, Москва, 119991

А. С. Орыщенко

НИЦ “Курчатовский институт” – ЦНИИ КМ “Прометей”

Email: m-protect@mail.ru
Bouvet Island, Шпалерная ул., д. 49, Москва, 191015

В. И. Жилов

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: m-protect@mail.ru
Russian Federation, Ленинский пр-т, 31, корп. 4, Москва, 119991

Г. В. Костикова

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: m-protect@mail.ru
Russian Federation, Ленинский пр-т, 31, корп. 4, Москва, 119991

А. А. Бездомников

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: m-protect@mail.ru
Russian Federation, Ленинский пр-т, 31, корп. 4, Москва, 119991

В. Э. Шаров

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: m-protect@mail.ru
Russian Federation, Ленинский пр-т, 31, корп. 4, Москва, 119991

Ю. Г. Покровский

НИЦ “Курчатовский институт” – ЦНИИ КМ “Прометей”

Email: m-protect@mail.ru
Russian Federation, Шпалерная ул., д. 49, Москва, 191015

А. Д. Каштанов

НИЦ “Курчатовский институт” – ЦНИИ КМ “Прометей”

Email: m-protect@mail.ru
Russian Federation, Шпалерная ул., д. 49, Москва, 191015

References

  1. U.S. Geological Survey. Mineral Commodity Summaries 2024. 2024. 212 P.
  2. Tsivadze A.Y., Bezdomnikov A.A., Kostikova G.V. The Lithium Boom: Lithium Sources and Prospects for the Russian Lithium Industry // Geol. Ore Depos. 2023. V. 65. № 5. P. 463–468.
  3. Tsivadze A.Y. et al. Selective Extraction of Lithium from Mineral. Hydromineral, and Secondary Raw Materials // Her. Russ. Acad. Sci. 2023. V. 93. № 5. P. 267–274.
  4. Cell Database [Electronic resource]. URL: https://secondlifestorage.com/index.php?pages/cell-database/
  5. Wang X. et al. Economic and environmental characterization of an evolving Li-ion battery waste stream // J. Environ. Manage. 2014. V. 135. P. 126–134.
  6. Huang B. et al. Recycling of lithium-ion batteries: Recent advances and perspectives // J. Power Sources. 2018. V. 399. P. 274–286.
  7. Chen M. et al. Recycling End-of-Life Electric Vehicle Lithium-Ion Batteries // Joule. 2019. V. 3. № 11. P. 2622–2646.
  8. Harper G. et al. Recycling lithium-ion batteries from electric vehicles // Nature. 2019. V. 575. № 7781. P. 75–86.
  9. Yao Y. et al. Hydrometallurgical Processes for Recycling Spent Lithium-Ion Batteries: A Critical Review // ACS Sustain. Chem. Eng. 2018. V. 6. № 11. P. 13611–13627.
  10. Sun H., Song Q., Xu Z. A method for using the residual energy in waste Li-ion batteries by regulating potential with the aid of overvoltage response // Proc. Natl. Acad. Sci. 2023. V. 120. № 14.
  11. Meshram P., Pandey B.D., Mankhand T.R. Extraction of lithium from primary and secondary sources by pre-treatment, leaching and separation: A comprehensive review // Hydrometallurgy. Elsevier B.V. 2014. V. 150. P. 192–208.
  12. Atia T.A. et al. Closed-loop hydrometallurgical treatment of end-of-life lithium ion batteries: Towards zero-waste process and metal recycling in advanced batteries // J. Energy Chem. 2019. V. 35. P. 220–227.
  13. Woehrle T., Kern R. Process for the safe shredding of lithium-ion batteries: pat. DE102009027179A1 USA. German. 2009.
  14. Wang Y. et al. Regeneration and characterization of LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 cathode material from spent power lithium-ion batteries // Waste Manag. 2019. V. 95. P. 192–200.
  15. Kim S. et al. A comprehensive review on the pretreatment process in lithium-ion battery recycling // J. Clean. Prod. Elsevier Ltd. 2021. V. 294. P. 126329.
  16. Song D. et al. Recovery and heat treatment of the Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2 cathode scrap material for lithium ion battery // J. Power Sources. 2013. V. 232. P. 348–352.
  17. Zhang X. et al. A novel process for recycling and resynthesizing LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 from the cathode scraps intended for lithium-ion batteries // Waste Manag. 2014. V. 34. № 9. P. 1715–1724.
  18. Gaye N. et al. Alkaline Leaching of Metals from Cathodic Materials of Spent Lithium-Ion Batteries // Asian J. Appl. Chem. Res. 2019. P. 1–7.
  19. Sattar R. et al. Resource recovery of critically-rare metals by hydrometallurgical recycling of spent lithium ion batteries // Sep. Purif. Technol. 2019. V. 209. P. 725–733.
  20. Ebrahimzade H., Khayati G.R., Schaffie M. Leaching kinetics of valuable metals from waste Li-ion batteries using neural network approach // J. Mater. Cycles Waste Manag. 2018. V. 20. № 4. P. 2117–2129.
  21. Chen W.-S., Ho H.-J. Recovery of Valuable Metals from Lithium-Ion Batteries NMC Cathode Waste Materials by Hydrometallurgical Methods // Metals (Basel). 2018. V. 8. № 5. P. 321.
  22. Vieceli N. et al. Hydrometallurgical recycling of lithium-ion batteries by reductive leaching with sodium metabisulphite // Waste Manag. 2018. V. 71. P. 350–361.
  23. Lv W. et al. A sustainable process for metal recycling from spent lithium-ion batteries using ammonium chloride // Waste Manag. 2018. V. 79. P. 545–553.
  24. Pagnanelli F. et al. Leaching of electrodic powders from lithium ion batteries: Optimization of operating conditions and effect of physical pretreatment for waste fraction retrieval // Waste Manag. 2017. V. 60. P. 706–715.
  25. Hu J. et al. A promising approach for the recovery of high value-added metals from spent lithium-ion batteries // J. Power Sources. 2017. V. 351. P. 192–199.
  26. Liu P. et al. Recovering valuable metals from LiNixCoyMn1-x-yO2 cathode materials of spent lithium ion batteries via a combination of reduction roasting and stepwise leaching // J. Alloys Compd. 2019. V. 783. P. 743–752.
  27. Li L. et al. Recovery of cobalt and lithium from spent lithium ion batteries using organic citric acid as leachant // J. Hazard. Mater. 2010. V. 176. № 1–3. P. 288–293.
  28. Zhang X. et al. Innovative Application of Acid Leaching to Regenerate Li(Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3)O 2 Cathodes from Spent Lithium-Ion Batteries // ACS Sustain. Chem. Eng. 2018. V. 6. № 5. P. 5959–5968.
  29. Cai G. et al. Process Development for the Recycle of Spent Lithium Ion Batteries by Chemical Precipitation // Ind. Eng. Chem. Res. 2014. V. 53. № 47. P. 18245–18259.
  30. Zheng R. et al. Optimized Li and Fe recovery from spent lithium-ion batteries via a solution-precipitation method // RSC Adv. 2016. V. 6. № 49. P. 43613–43625.
  31. Li H. et al. Recovery of Lithium, Iron, and Phosphorus from Spent LiFePO 4 Batteries Using Stoichiometric Sulfuric Acid Leaching System // ACS Sustain. Chem. Eng. 2017. V. 5. № 9. P. 8017–8024.
  32. Bian D. et al. A novel process to recycle spent LiFePO4 for synthesizing LiFePO4/C hierarchical microflowers // Electrochim. Acta. 2016. V. 190. P. 134–140.
  33. Zhang J. et al. Sustainable and Facile Method for the Selective Recovery of Lithium from Cathode Scrap of Spent LiFePO 4 Batteries // ACS Sustain. Chem. Eng. 2019. V. 7. № 6. P. 5626–5631.
  34. Huang Y. et al. A stepwise recovery of metals from hybrid cathodes of spent Li-ion batteries with leaching-flotation-precipitation process // J. Power Sources. 2016. V. 325. P. 555–564.
  35. Shin E.J. et al. A green recycling process designed for LiFePO 4 cathode materials for Li-ion batteries // J. Mater. Chem. A. 2015. V. 3. № 21. P. 11493–11502.
  36. Gao Y. et al. Opportunity and challenges in recovering and functionalizing anode graphite from spent lithium-ion batteries: A review // Environ. Res. 2024. V. 247. P. 118216.
  37. Yang Y. et al. A process for combination of recycling lithium and regenerating graphite from spent lithium-ion battery // Waste Manag. 2019. V. 85. P. 529–537.
  38. Zhang Y. et al. Co9S8@carbon nanospheres as high-performance anodes for sodium ion battery // Chem. Eng. J. 2018. V. 343. P. 512–519.
  39. Zhang W. et al. Preparing graphene from anode graphite of spent lithium-ion batteries // Front. Environ. Sci. Eng. 2017. V. 11. № 5. P. 6.
  40. Kozhevnikova A. V. et al. Application of Hydrophobic Deep Eutectic Solvents in Extraction of Metals from Real Solutions Obtained by Leaching Cathodes from End-of-Life Li-Ion Batteries // Processes. 2022. V. 10. № 12. P. 2671.
  41. Milevskii N.A. et al. Separation of Li(I), Co(II), Ni(II), Mn(II), and Fe(III) from hydrochloric acid solution using a menthol-based hydrophobic deep eutectic solvent // Hydrometallurgy. Elsevier B.V. 2022. V. 207. P. 105777.
  42. Dhiman S., Gupta B. Partition studies on cobalt and recycling of valuable metals from waste Li-ion batteries via solvent extraction and chemical precipitation // J. Clean. Prod. 2019. V. 225. P. 820–832.
  43. Cai C. et al. An ionic liquid extractant dissolved in an ionic liquid diluent for selective extraction of Li(I) from salt lakes // Desalination. Elsevier B. V. 2021. V. 509.
  44. Wang J. et al. Lithium Recovery from the Mother Liquor Obtained in the Process of Li 2 CO 3 Production // Ind. Eng. Chem. Res. American Chemical Society. 2019. V. 58. № 3. P. 1363–1372.
  45. Zhang L. et al. Lithium recovery from effluent of spent lithium battery r ecycling process using solvent extraction // J. Hazard. Mater. Elsevier. 2020. V. 398. P. 122840.
  46. Tsivadze A.Y. et al. A New Extraction System Based on Isopropyl Salicylate and Trioctylphosphine Oxide for Separating Alkali Metals // Molecules. 2022. V. 27. № 10. P. 3051.
  47. Bezdomnikov A.A. et al. Dialkyl(5-ethyl-2-hydroxyphenyl)phosphonates as extractants for the selective recovery of lithium from alkaline media // Desalination. 2024. V. 579. P. 117446.
  48. Патент на изобретение RU2784157C1. Способ селективного экстракционного извлечения лития из водного щелочного раствора, содержащего хлориды лития, натрия, калия и гидроксид натрия: № 2022115330: заяв. 07.06.2022: опубл. 23.11.2022 / Бездомников А.А., Костикова Г.В., Баулин Д.В., Демина Л.И., Баулин В.Е., Цивадзе А.Ю.
  49. Bezdomnikov A.A. et al. Liquid extraction of lithium using a mixture of alkyl salicylate and tri-n-octylphosphine oxide // Sep. Purif. Technol. 2023. V. 320. P. 124137.
  50. Niu Z. et al. Mechanism and process study of lithium extraction by 2-ethylhexyl salicylate extraction system // J. Clean. Prod. 2024. V. 446. P. 141351.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Lithium consumption structure by year and historical cost data.

Download (157KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2 . The main components of electrolytes used in lithium-ion batteries.

Download (116KB)
Indexing metadata
4. 3. Schemes for extracting valuable metals from spent lithium-ion batteries (a) using Cyanex 272 extractants [19]; (b) using D2EGFC and PC-88A extractants [25].

Download (225KB)
Indexing metadata
5. 4. Scheme of extraction of valuable metals from spent lithium-ion batteries using an extraction system based on the ionic liquid “Cyphos IL 102".

Download (131KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».