Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2023(14))

Подавляющее большинство исследований и действующих промышленных схем относится к переработке конкретных катодных материалов; анодные материалы практически не перерабатываются [4]. В этом случае, как показано в обзоре по этой тематике [5], достигается значительная экономия затрат за счет упрощения технологической схемы, а также затрат на очистку от меньшего числа растворителей, которые появляются в материале при включении в переработку анодной массы. Целью данной работы являлось исследование физико-химических характеристик КМ отработанных ЛИА, результаты которого необходимы для выбора способа утилизации этого материала. Результаты Методы исследования Исследование элементного состава КМ проводили с использованием масс -спектрометра с индуктивно связанной плазмой XSeries II (Thermo Fisher Scientific) ICP (далее — метод ICP). Твердые образцы для определения содержания элементов предварительно растворяли. При анализе КМ навеску вещества, взятую с точностью ± 0,0001 г, растворяли в смеси 3М азотной кислоты и 2 М пероксида водорода при нагревании до 80 °С, раствор переносили в мерную колбу на 50 мл и доводили дистиллированной водой до метки. При анализе ряда образцов КМ использовали спекание навески материала с пиросульфатом натрия при температуре 800 °С. После охлаждения спек растворяли в растворе соляной кислоты с разбавлением 1 : 1 по объему. Нижняя граница определения элементов составляла 10 -6 %. Ошибка определения не превышала 6 %. Относительное стандартное отклонение метода составляет 15-20 %. Исследование фазового состава образцов определяли методом рентенофазового анализа (РФА). Съемка дифракционных спектров проводилась на автоматизированном дифрактометре «ДР0Н-4.0» на монохроматизированном CoKa-излучении. Для интерпретации дифракционных спектров использовали пакет программ [ 6 ]. Размер частиц определяли на приборе Analizette 22 Micro Tec plus. Термические свойства КМ изучали с помощью дифференциальной термогравиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДТГ-ДСК) на дериватографе TA Instruments Q600. Скорость нагрева образца равнялась 5 и 10 градусов в минуту. Микрофотографии получены методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) на электронном микроскопе Tescan Vega 3SB с использованием микрозондового рентгеновского анализатора Cam Scan MV-2300 c энергодисперсионным детектором Link INCAENERGY 200C. Для проведения исследований использовали образцы свежих катодных материалов производства китайской компании Gelon (G) и российской организации «Сколково» (S), а также образцы КМ, приготовленные из отработанных ЛИА снятием ножом с поверхности алюминиевой фольги. Следует отметить, что разделение отработанных ЛИА по типам не всегда возможно, так как этикетки часто повреждены или отсутствуют, что приводит к образованию КМ смешанного состава. Результаты изучения элементного состава КМ приведены в табл. 1. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 2. С. 238-243. Transactions of the tola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 2. P. 238-243. Таблица 1 Элементный состав использованных катодных материалов Катодный материал Содержание, мас. % Co Ni Li Fe P Na Al Mn LCO (G) 64,5 0,006 7,53 0,0001 0,008 0,006 0,002 0,002 NMC (G) 11,3 26,8 7,49 0,0001 0,003 0,012 0,0073 15,5 NMC (S) 13,0 35,5 7,54 0,0001 0,007 0,1 0,0033 11,1 LFP (S) 0,01 0,016 3,29 33,2 18,1 0,023 0,002 0,02 1 3,0 7,4 4,14 0,021 0,19 0,43 0,42 47,7 2 64,9 0,02 6,3 0,021 0,18 0,25 0,046 Не опр. 3 84,7 0,0006 9,29 0,02 0,22 0,22 0,36 Н о пр. 4 14,4 24,3 6,1 0,061 0,03 0,06 3,92 23,4 Данные РФА для свежих КМ указывают на наличие фаз соединений LiCoO 2 (LCO), LiFePO 4 (LFP) и LiNiO 2 (NMC Gelon и NMC Skolkovo). В образцах NMC Gelon и NMC Skolkovo, по данным элементного анализа (см. табл. 1), также в значительных количествах присутствуют Со и M n . © Соколова Ю. В., Кордик В. О., Смирнов Д. И., Звонарева М. Е., Демидова Н. И., 2023 239