Siirry päänavigointiin Siirry hakuun Siirry pääsisältöön

Lithium ion battery active material dissolution kinetics in Fe(II)/Fe(III) catalyzed Cu-H2SO4 leaching system

Tutkimustuotos: LehtiartikkeliArticleScientificvertaisarvioitu

56 Sitaatiot (Scopus)
553 Lataukset (Pure)

Abstrakti

In mechanical recycling and separation of waste lithium-ion batteries (LIBs), Cu from electrode materials and Fe from battery casings may partially end up into the fine black mass fraction, rich in oxides such as LiCoO2. Herein the kinetics of LiCoO2-H2SO4-Fe-Cu- system was investigated by leaching studies in a 500 cm3 glass reactor at T = 30 °C, with 2 M H2SO4 under N2(g) purging (0.5 dm3/min). Design of experiments (DOE) was utilized as a supporting tool in investigation of the effect of copper (Cu/2LiCoO2 = 0.5–1.5 mol/mol,) and iron (Fe/LiCoO2 = 0.01–0.11 mol/mol) to the measured LiCoO2 dissolution rate constants at initial phase of leaching (0–30 min) and at final phase of leaching (30–120 min). Analysis of variance showed that the kinetic rate constant models are statistically significant (p = 0.002 and p < 0.000, respectively), furthermore, the models describe real effects (coefficient of determination, R2 = 0.920 for <30 min model and R2 = 0.9895 for >30 min model). The results suggest that Cu is able to relinquish electrons to ferric ions, and the resulting ferrous ions mediate the transfer of electrons enabling reduction of LiCoO2. A sufficient Co extraction (>95%) was achieved with solution containing dissolved iron (1.06 g/L), along with 2.167 g of metallic Cu per 6.68 g of LiCoO2 (1/1 mol ratio). It was calculated that the copper present in typical spent LIB cells is enough to satisfy this requirement. This decreases the chemical consumption as there is no need for external reductant.

AlkuperäiskieliEnglanti
Artikkeli116305
Sivumäärä10
JulkaisuSeparation and Purification Technology
Vuosikerta236
Varhainen verkossa julkaisun päivämäärä1 tammik. 2019
DOI - pysyväislinkit
TilaJulkaistu - 1 huhtik. 2020
OKM-julkaisutyyppiA1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Rahoitus

For funding this research, the authors would like to acknowledge BATCircle (grant number 4853/31/2018 ), funded by Business Finland . This work made use of RawMatTERS Finland Infrastructure (RAMI) funded by Academy of Finland .

YK:n kestävän kehityksen tavoitteet

Tämä tuotos edistää seuraavia kestävän kehityksen tavoitteita:

  1. SDG 7 – Edullinen ja puhdas energia
    SDG 7 – Edullinen ja puhdas energia

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Lithium ion battery active material dissolution kinetics in Fe(II)/Fe(III) catalyzed Cu-H2SO4 leaching system'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.
  • BATCIRCLE: Finland-based Circular Ecosystem of Battery Metals

    Lundström, M. (Vastuullinen johtaja), Peng, C. (Projektin jäsen), Shukla, S. (Projektin jäsen), Sahlman, M. (Projektin jäsen), Helin, S. (Projektin jäsen), Zou, Y. (Projektin jäsen), Forde, G. (Projektin jäsen), Ruismäki, R. (Projektin jäsen), Wang, Z. (Projektin jäsen), Liu, F. (Projektin jäsen), Lampinen, A. (Projektin jäsen), Seisko, S. (Projektin jäsen), Revitzer, H. (Projektin jäsen), Kivinen, V. (Projektin jäsen), Chernyaev, A. (Projektin jäsen), Khalid, M. K. (Projektin jäsen), Ke, P. (Projektin jäsen), Karppinen, A. (Projektin jäsen), Hu, F. (Projektin jäsen), Porvali, A. (Projektin jäsen), Rinne, M. (Projektin jäsen), Wilson, B. (Projektin jäsen), Kalliomäki, T. (Projektin jäsen), Angerla, H. (Projektin jäsen), Palomäki, H. (Projektin jäsen), Aromaa, J. (Projektin jäsen), Aromaa-Stubb, R. (Projektin jäsen), Zhang, J. (Projektin jäsen) & Partinen, J. (Projektin jäsen)

    01/01/201930/04/2021

    Projekti: Business Finland: Other research funding

Siteeraa tätä