Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности (АО «Гиредмет»), Москва, Россия¹ ; Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС», Москва, Россия²

В. О. Кордик, младший научный сотрудник лаборатории материалов электрохимических накопителей энергии¹, аспирант кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов², эл. почта: wladislawk@mail.ru

Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности (АО «Гиредмет»), Москва, Россия

Ю. В. Соколова, научный руководитель лаборатории материалов электрохимических накопителей энергии, докт. техн. наук, эл. почта: YulVasSokolova@rosatom.ru

Решение проблемы переработки отработанных литий-ионных аккумуляторов становится одной из наиболее актуальных задач современности. Учитывая значительное увеличение производства литий-ионных аккумуляторов в последние годы, в ближайшие 5–10 лет ожидается образование большого количества отходов этого типа, относящихся ко 2-му классу опасности. Это диктует необходимость скорейшей разработки технологий и создания производственных площадок для их переработки. Важно отметить, что отработанные аккумуляторы содержат такие ценные материалы, как соединения лития, никеля, кобальта и марганца, графит и растворители. Предложен способ получения активного материала катода из смеси отработанных литий-ионных аккумуляторов бытовой техники и электроники с выходом продукта 0,7 г/г катода. Изучен химический, фазовый и гранулометрический состав смеси катодных материалов, а также их морфология и структура. Извлечение ценных компонентов из этого вторичного сырья в раствор проводили с использованием кислотного восстановительного выщелачивания. Исследовано влияние концентраций серной кислоты и пероксида водорода в диапазоне 1–5 и 1–4 моль/л соответственно, температуры и твердой и жидкой фаз на степень выщелачивания. Отмечено, что скорость процесса не зависит от скорости перемешивания в интервале 300–700 мин–1. Определены оптимальные параметры проведения процесса выщелачивания материала. В ходе исследования показано, что кек выщелачивания представляет собой полые частицы смешанного оксида кобальта (II, III). Рассчитана кажущаяся энергия активации процесса выщелачивания кобальта. Установлено, что в интервале температур 20–40 ^оС процесс протекает в кинетической области реагирования, а при 40–80 ^оС скорость выщелачивания лимитируется внутренней диффузией.

1. Al-Asheh S., Aidan A., Allawi T., Hammoud F. et al. Treatment and recycling of spent lithium-based batteries: a review // Journal of Material Cycles and Waste Management. 2024. Vol. 26, Iss. 1. P. 76–95.
2. Аренков И. А., Иванова Д. В., Жеребчикова П. Е. Аналитический обзор рынка производителей литий-ионных аккумуляторов // Экономика, предпринимательство и право. 2023. Т. 13, № 12. С. 5963–5979.
3. McKinsey – Battery 2030: resilient, sustainable, and circular. – URL: https://www.mckinsey.com/industries/automotive-andassembly/our-insights/battery-2030-resilient-sustainable-andcircular (дата обращения: 03.02.2025).
4. Pražanová A., Knap V., Stroe D.-I. Literature review, recycling of lithium-ion batteries from electric vehicles, part i: recycling technology // Energies. 2022. Vol. 15, Iss. 3. 1086.
5. Sarkar M., Hossain R., Sahajwalla V. Sustainable recovery and resynthesis of electroactive materials from spent Li-ion batteries to ensure material sustainability // Resources Conservation and Recycling. 2024. Vol. 200, Iss. 11. 107292.
6. Ma L., Xi X., Zhang Z., Lyu Z. Separation and comprehensive recovery of cobalt, nickel, and lithium from spent power lithium-ion batteries // Minerals. 2022. Vol. 12, Iss. 4. 425.
7. Takacova Z., Orac D., Klimko J., Miskufova A. Current trends in spent portable lithium battery recycling // Materials. 2023. Vol. 16, Iss. 12. 4264.
8. Алейников С. А., Белоусова Н. В. Получение карбоната лития из «черной массы» литий-ионных аккумуляторов // Известия вузов. Цветная металлургия. 2024. Т. 30, № 3. С. 34–44.
9. Chan K. H., Anawati J., Malik M., Azimi G. Closed-loop recycling of lithium, cobalt, nickel, and manganese from waste lithium-ion batteries of electric vehicles // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2021. Vol. 9, Iss. 12. P. 4398–4410.
10. Tiozzo A., Ghaseminezhad K., Mazzucco A., Giuliano M. et al. investigating the influence of three different atmospheric conditions during the synthesis process of NMC811 cathode material // Crystals. 2024. Vol. 14, Iss. 2. 137.
11. Le Thi Thao, Phan Van Truong, Nguyen Van Bo, Le The Son et al. Augmenting electrochemical performance of nickel-rich NMC for lithium-ion batteries by combining material synthesis modification and redistribution of transition metal ion concentration // Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2023. Vol. 183. 111616.
12. Wang H., Lin J., Zhang X., Wang L. et al. Improved electrochemical performance of LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode materials induced by a facile polymer coating for lithium-ion batteries // ACS Applied Energy Materials. 2021. Vol. 4, Iss. 6. P. 6205–6213.
13. Соколова Ю. В., Кордик В. О., Смирнов Д. И., Звонарева М. Е., Демидова Н. И. Исследование катодных материалов отработанных литий-ионных аккумуляторов // Труды КНЦ РАН. Серия: технические науки. 2023. Т. 14. № 2. С. 238–243.
14. Hu Z., Zhu N., Wei X., Zhang S. et al. Efficient separation of aluminum foil from mixed-type spent lithium-ion power batteries // Journal of Environmental Management. 2021. Vol. 298. 113500.
15. Вольдман Г. М., Зеликман А. Н. Теория гидрометаллургических процессов. – 4 изд., перераб. и доп. – М. : Интермет Инжиниринг, 2003. – 464 с.