Dismantlement of lithium primary batteries without explosion is required to recycle the lithium primary batteries which could be exploded by heating too much or crushing. In the present study, the optimum discharging condition was investigated to dismantle the batteries without explosion. When the batteries were discharged with $0.5kmol{\cdot}m^{-3}$ sulfuric acid, the reactivity of the batteries decreased after 4 days at $35^{\circ}C$ and after 1 day at $50^{\circ}C$, respectively. This result shows that higher temperature removed the high reactivity of the batteries. Because loss of metals recycled increases when the batteries are discharged only with the sulfuric acid, discharging process using acid solution and water was newly proposed. When the batteries were discharged with water during 24 hours after discharging with $0.5kmol{\cdot}m^{-3}$ sulfuric acid during 6 hours, the batteries discharged were dismantled without explosion. Because decrease in loss of metals was accomplished by new process, the recycling process of the batteries could become economic by the 2-step discharging process.
As the use of lithium-ion secondary batteries is rapidly increasing due to the rapid growth of the electric vehicle market, the disposal and recycling of spent batteries after use has been raised as a serious problem. Since stored energy must be removed in order to recycle the spent batteries, an effective discharging process is required. In this study, graphite and NCM622 were used as active materials to manufacture coin-type half cells and full cells, and the electrochemical behavior occurring during overdischarge was analyzed. When the positive and negative electrodes are overdischarged respectively using a half-cell, a conversion reaction in which transition metal oxide is reduced to metal occurs first in the positive electrode, and a side reaction in which Cu, the current collector, is corroded following decomposition of the SEI film occurs in the negative electrode. In addition, a side reaction during overdischarge is difficult to occur because a large polarization at the initial stage is required. When the full cell is overdischarged, the cell reaches 0 V and the overdischarge ends with almost no side reaction due to this large polarization. However, if the full cell whose capacity is degraded due to the cycle is overdischarged, corrosion of the Cu current collector occurs in the negative electrode. Therefore, cycled cell requires an appropriate treatment process because its electrochemical behavior during overdischarge is different from that of a fresh cell.
Globally, the demand for electric vehicles (EVs) is surging due to carbon-neutral strategies aimed at decarbonization. Consequently, the demand for lithium-ion batteries, which are essential components of EVs, is also rising, leading to an increase in the generation of spent batteries. This has prompted research into the recycling of spent batteries to recover valuable metals. In this study, we aimed to selectively leach and recover lithium from the cathode material of spent LFP batteries. To enhance the reaction surface area and reactivity, the binder in the cathode material powder was removed, and the material was subjected to heat treatment in both atmospheric and nitrogen environments across various temperature ranges. This was followed by a mechanochemical process for aqueous leaching. Initially, after heat treatment, the powder was converted into a soluble lithium compound using sodium persulfate (Na2S2O8) in a mechanochemical reaction. Subsequently, aqueous leaching was performed using distilled water. This study confirmed the changes in the characteristics of the cathode material powder due to heat treatment. The final heat treatment in a nitrogen atmosphere resulted in a lithium leaching efficiency of approximately 100% across all temperature ranges.
The separation of Ag and Zn from the nitrate leachate of spent silver oxide batteries using Cyanex272 as an extractant was investigated. The extraction of Ag and Zn was affected by the concentrations of nitric acid and the extractant. Cyanex-272 selectively extracted Zn over Ag when the HNO3 concentration was lower than 0.1 mol/L. The co-extracted Ag was removed by stripping with 1 mol/L thiourea. Stripping of Zn from the loaded Cyanex-272 was accomplished using 0.5 mol/L HNO3 after the removal of Ag. The McCabe-Thiele diagrams for the extraction of Zn with Cyanex-272, the scrubbing tripping of Ag with thiourea, and the stripping of Zn with HNO3 were constructed. The results were verified by simulated counter-current extraction and stripping experiments. Finally, a process for the separation of Ag and Zn from silver oxide batteries was proposed.
Mercury in spent button type batteries can be separated and recovered with vacuum distillation method. It was found that mercury in the battery began to distill at $150^{\circ}C$ and organic substanced like a packing material was decomposed at$ 300^{\circ}C$. More than 99.9% of mercury contained in the battery was distiled and separated at about $250^{\circ}C$ and 20 torr with 8 hours' reaction time. The dissolution tests of the residue after distillation showed that mercury concentration in the solution were lower than 5 ppb and this values satisfied the environ-mental condition. Also as the furnace heating rate was above $15^{\circ}C$/min, it was found that the spent battery was destroyed because of increased pressure in the battery inside.
In order to develop a process for the recovery of valuable metals from spent LiBs, solvent extraction experiments were performed to separate Cu(II) and/or Co(II) from synthetic hydrochloric acid solutions containing Li(I), Mn(II), and Ni(II). Commercial amines (Alamine 336 and Aliquat 336) were employed and the extraction behavior of the metals was investigated as a function of the concentration of HCl and extractants. The results indicate that HCl concentration affected remarkably the extraction efficiency of the metals. Only Cu(II) was selectively at 1 M HCl concentration, while both Co(II) and Cu(II) was extracted by the amines when HCl concentration was higher than 5 M, leaving the other metal ions in the raffinate. Therefore, it was possible to selectively extract either Cu(II) or Co(II)/Cu(II) by adjusting the HCl concentration.
Nguyen, Thi Thu Huong;Tran, Thanh Tuan;Lee, Man Seung
Resources Recycling
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v.31
no.1
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pp.12-20
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2022
The smelting reduction of spent lithium-ion batteries results in metallic alloys containing Co, Cu, Fe, Mn, Ni, and Si. A process to separate metal ions from the sulfuric acid leaching solution of these metallic alloys has been reported. In this process, ionic liquids are employed to separate Fe(III) and Cu(II). In this study, D2EHPA and Cyanex 301 were employed to replace these ionic liquids. Fe(III) and Cu(II) from the sulfate solution were sequentially extracted using 0.5 M D2EHPA with three stages of cross-current and 0.3 M Cyanex 301. The stripping of Fe(III) and Cu(II) from the loaded phases was performed using 50% (v/v) and 60% (v/v) aqua regia solutions, respectively. The mass balance results from this process indicated that the recovery and purity percentages of the metals were greater than 99%.
Park, Eunmi;Han, Chulwoong;Son, Seong Ho;Lee, Man Seung;Kim, Yong Hwan
Resources Recycling
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v.31
no.3
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pp.27-39
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2022
The global demand for lithium-ion batteries (LIBs) has been continuously increasing since the 1990s along with the growth of the portable electronic device market. Of late, the rapid growth of the electric vehicle market has further accelerated the demand for LIBs. The demand for the LIBs is expected to surpass the supply of lithium from natural resources in the near future, posing a risk to the global lithium supply chain. Moreover, the continuous accumulation of end-of-life LIBs is expected to cause serious environmental problems. To solve these problems, recycling the spent LIBs must be viewed as a critical technological challenge that must be urgently addressed. In this study, recycling LIBs using pyrometallurgical processes and post-processes for efficient lithium recovery are briefly reviewed along with the major accomplishments in the field and current challenges.
Tae Boong Moon;Chulwoong Han;Soong Keun Hyun;Sung Cheol Park;Seong Ho Son;Man Seung Lee;Yong Hwan Kim
Archives of Metallurgy and Materials
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v.66
no.4
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pp.983-986
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2021
This study investigated the recovery behavior of valuable metals (Co, Ni, Cu and Mn) in spent lithium ion-batteries based on Al2O3-SiO2-CaO-Fe2O3 slag system via DC submerged arc smelting process. The valuable metals were recovered by 93.9% at the 1250℃ for 30 min on the 20Al2O3-40SiO2-20CaO-20Fe2O3 (mass%) slag system. From the analysis of the slag by Fourier-transform infrared spectroscopy, it was considered that Fe2O3 and Al2O3 acted as basic oxides to depolymerize SiO4 and AlO4 under the addition of critical 20 mass% Fe2O3 in 20Al2O3-40SiO2-CaO-Fe2O3 (CaO + Fe2O3 = 40 mass%). In addition, it was observed that the addition of Fe2O3 ranging between 20 and 30 mass% lowers the melting point of the slag system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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