Na2C2O4焙烧废旧LiFePO4再生制备LiFe5O8研究

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磷酸铁锂(LiFePO4)电池近些年广泛应用于新能源汽车行业,随着退役期的来临,对其进行资源化、经济化、生态化的回收利用,已引起广泛关注。钠盐焙烧在火法中常做脱磷剂,能通过生成溶于水的钠盐和不溶于水的目标产物从而彼此分离。LiFe5O8具有饱和磁化强度高、热稳定强、环境友好等优点。基于此,本论文以废旧LiFePO4为原料,Na2C2O4为辅料,采取“钠化焙烧+水洗”方法再生制备LiFe5O8,研究焙烧回收工艺和焙烧过程机制,探究LiFe5O8与RGO/LiFe5O8磁学性能及电化学性能,并通过全生命周期影响评价方法计算Na2C2O4焙烧废旧LiFePO4再生LiFe5O8过程工艺碳足迹。本论文主要研究结论如下:(1)采用Na2C2O4辅助焙烧废旧LiFePO4再生制备LiFe5O8材料,研究工艺焙烧过程。根据TG-DSC和XRD分析、焙烧化学反应方程式、热力学分析、第一性原理计算,得出焙烧水洗液相为Na3PO4,水洗不溶物固相转变为LiFePO4→Fe2O3→LiFe5O8→LiFe O2,Fe2O3是焙烧过程中重要的中间产物。最优LiFe5O8制备条件n(LiFePO4):n(Na2C2O4):n(Fe2O3)=1:1.5:2,为焙烧时间3 h,焙烧温度为900℃,此时LiFe5O8和Na3PO4回收率分别可达到99.65%和96.91%。(2)将LiFe5O8和RGO通过超声混合制得RGO/LiFe5O8复合材料,研究其磁学性能和电化学性能。结果表明,LiFe5O8与RGO/LiFe5O8的饱和磁化强度分别为58.11 emu/g和60.07 emu/g,矫顽力强度分别为72 Oe和67 Oe,展现出优异的软磁性质。LiFe5O8与RGO/LiFe5O8的电化学阻抗分别为158.2Ω和105.2Ω;在1C倍率下,其作为负极材料的首次放电比容量为1159.57 m A h/g和1401.14m A h/g,循环50次后放电比容量为194.41 m A h/g和252.38 m A h/g,展现出优异的导电性、较高的放电比容量和较好的循环稳定性。(3)采用生命周期评价方法,对Na2C2O4焙烧废旧LiFePO4再生LiFe5O8材料碳足迹进行分析。明确再生过程碳足迹核算的目标与范围,分析生命周期清单,建立碳足迹计算模型,核算各阶段的碳足迹。结果表明,再生制备1 kg LiFe5O8过程碳足迹排放量为8.11~32.48 kg CO2eq。
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