退役动力电池负极石墨回收关键技术取得进展

发布时间：2022-09-16 14:53:51

　　新能源汽车是我国战略性新兴产业之一，对中国能源安全和可持续发展战略至关重要，可助力碳达峰、碳中和目标的实现。动力电池使用寿命为5~8年，预计2030年左右每年超过千万吨的退役锂离子电池亟待处理。因此，未来将面临大量退役锂离子电池回收处理的巨大挑战，开发绿色经济资源闭环利用技术至关重要。

　　目前，国内外研究者主要关注退役锂离子电池中有价金属的回收，废弃负极材料通常以燃烧、堆存或作为炼钢添加剂的方式进行处理，造成环境污染和资源浪费。负极石墨质量约占电池总重量的15%~22%，成本约占电池总成本13%~18%，未来回收量预计超过百万吨，市场规模达数百亿元。石墨作为国家关键战略资源，如若不能妥善处理，将造成巨大的资源浪费与经济损失。

　　研究团队针对废旧石墨除杂回收后首圈库伦效率偏低的难题，通过表面构筑纳米铌酸钛包覆层，利用铌基材料高嵌锂工作电位(大于1.5 V vs.Li+/Li)，并结合其稳定结构及高倍率充放电能力，对回收石墨破损表面微结构进行包覆修复，显著改善了回收石墨的表界面结构，稳定了再生后石墨的SEI层形成。对铌酸钛包覆再生后PG TNO材料进行测试，相较于修复前除杂石墨(63.1%)，改性后再生石墨PG TNO首次库伦效率高达83.1%。电池循环500圈库伦效率大于99.7%，容量保持率接近90%。相关工作以Enhancing the depressed initial Coulombic efficiency of regenerated graphite anodes via the surface modification of a TiNb2O7 nanolayer为题发表于国际知名期刊Carbon。该工作取得郑州市重大专项(2019CXZX0074)和河南省创新示范专项(No.201111311400)等资助。

结构修复工程构筑表界面高稳定性包覆层

包覆后全电池首圈库伦效率 不同圈充放电曲线