鋰電池回收革新丨Micro-XRF優化黑物質金屬元素回收效率

2024-06-18 09:45:09 528閱讀次數

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在電動汽車和移動設備的迅猛發展背后，鋰電池的回收問題日益凸顯。這些電池的生命周期終結后，它們所含的"黑物質(Black Mass)"成為了回收過程中的關鍵焦點。黑物質，是鋰電池經過機械處理后形成的粉末，包含了鈷、鋰、錳、鎳和銅等有價值的金屬元素。這些金屬不僅在電池制造中至關重要，也是全球循環經濟和可持續發展戰略中不可或缺的資源。Bruker微區X射線熒光光譜(Micro-XRF)是一種高效、精確的元素分析手段，通過深入分析黑物質的化學特性，可以為電池金屬的回收提供科學依據和技術支持。

Bruker Micro-XRF可以提供高分辨率的元素分布圖，揭示黑物質樣品中銅、鎳、錳和鈷等有價值金屬的精確分布。如下圖所示，Micro-XRF生成的元素強度圖以不同顏色代表不同元素，提供了一種直觀的方法來識別和量化黑物質中的關鍵金屬成分。圖中的每一種顏色都對應著特定的元素，如鋁(Al)、鈷(Co)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、磷(P)、錳(Mn)和鋅(Zn)，顏色的深淺變化直接反映了元素的相對含量。

某黑物質樣本（AHK/DP/1_1A Black Mass）主要元素分布圖

Detected by Bruker M4 TORNADO Micro-XRF

鋁 (Al)：鋁通常作為電池外殼或箔材。鋁的分布有助于評估電池組件的回收潛力。
鈷 (Co)：鈷是鋰電池正極材料的關鍵組成部分，尤其在提高電池能量密度方面發揮作用。鈷的分布顯示了其在電池正極材料中的集中區域，為回收鈷提供了精確的目標。
銅 (Cu)：銅作為集流體在電池中發揮導電作用。銅的分布有助于識別電池中的集流體部分，銅的回收可以減少對新礦石的依賴。
鐵 (Fe)：鐵可能作為雜質或電池某些部件的一部分存在。鐵的分布有助于識別和評估鐵的回收可能性，盡管它在電池中的含量可能較低。
鎳 (Ni)：鎳在多種鋰電池正極材料中發揮作用。鎳的分布突出了其在電池正極材料中的富集區域，為鎳的回收提供了重要信息。
磷 (P)：磷在某些電池化學中作為正極材料的一部分。磷的分布可能指示磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池的正極材料，磷的回收有助于這種電池材料的循環利用。
錳 (Mn)：錳在電池正極材料中提供結構穩定性和提高電池循環性能。錳的分布揭示了錳酸鋰或鎳錳鈷(NMC)等電池正極材料的位置。
鋅 (Zn)：鋅在某些電池技術中作為負極材料。鋅的分布有助于識別鋅基電池的負極材料，為鋅的回收和再利用提供指導。

參考文獻：

Donnelly, L.; Pirrie, D.; Power, M.; Corfe, I.; Kuva, J.; Lukkari, S.; Lahaye, Y.; Liu, X.; Dehaine, Q.; Jolis, E.M.; et al. "The Recycling of End-of-Life Lithium-Ion Batteries and the Phase Characterisation of Black Mass." Recycling 2023, 8, 59. doi:10.3390/recycling8040059.