aalto1 untyped-item.component.html
Ultrasonication-aided recovery of cathode active material from lithium-ion battery cathodes
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
Master's thesis
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Language
en
Pages
58
Series
Abstract
This thesis aimed to study the utilization of ultrasonication in the recycling of lithium-ion battery cathodes. More specifically, the application of ultrasonication in liquid media was studied for the delamination of the cathode layer from cathodes. The objective of the work was to investigate how effective ultrasonication is for battery cathode recycling.
The present work was focused on the optimization of ultrasonication power and solution temperature to maximize the delamination efficiency. Additionally, a comparative study of three solutions was performed to determine their effects on delamination efficiency. The main research questions in the present study were: 1) Which ultrasonication parameter affects delamination efficiency the most? and 2) Which of the three studied solutions results in the highest delamination efficiency with the least impact on cathode constituents?
Efficacy was evaluated qualitatively by assessing the electrodes after the treatment to determine the degree to which the cathode layer was removed and to assess the current collector for damage. Furthermore, the acquired black mass and current collector samples were analyzed with a scanning electron microscope to determine morphological changes. Quantitative analyses were performed by recording the delamination times and mass losses. The elemental compositions of the samples were determined with energy-dispersive X-ray spectroscopy.
The performed experiments showed that ultrasonication can separate cathode material from the current collectors. Both ultrasonication power and solution temperature were shown to affect the delamination efficiency. The treatment was noted to have a minimal impact on cathode constituents. The comparative study showed that one solution was more effective than the rest. The performed experiments proved ultrasonication to be a promising method that could be used in battery recycling more broadly in the future.
Tämän työn tarkoituksena oli tutkia ultraäänikäsittelyn käyttöä käytettyjen litiumioniakkujen katodien kierrättämisessä. Työssä keskityttiin nesteessä tehdyn ultraääniavusteisen katodiaktiivimateriaalin irrottamisen käytettävyyden tutkimiseen mustan massan talteenottamiseksi. Työn tavoitteena oli selvittää, kuinka tehokas menetelmä ultraäänikäsittely on akkukatodien kierrättämisessä.
Opinnäytetyössä optimoitiin sekä ultraäänitehoa että käytetyn nesteen lämpötilaa suuriman materiaalin irrotustehokkuuden saavuttamiseksi. Lisäksi toteutettiin koe, jossa vertailtiin kolmen eri liuoksen irrotustehokkuutta. Tämän työn keskeiset tutkimuskysymykset olivat: 1) Mikä ultraäänikäsittelyn parametri vaikuttaa irrotustehokkuuteen eniten? ja 2) Mikä kolmesta liuoksesta saavuttaa korkeimman irrotustehokkuuden vaikuttaen vähiten katodin ainesosiin?
Ultraäänikäsittelyn vaikutuksia arvioitiin kvalitatiivisesti tutkimalla katodiaktiivimateriaaliin ja virranjohtimeen kohdistuneiden vaurioiden määrää. Lisäksi näytteistä irronnutta mustaa massaa ja käsiteltyjä virranjohtimia tutkittiin elektronimikroskoopilla näytteiden morfologisten muutosten määrittelemiseksi. Menetelmän vaikutuksia arvioitiin kvantitatiivisesti seuraamalla katodikerroksen irtoamisaikaa ja katodien massahäviötä käsittelyn aikana. Näytteiden alkuainekoostumus määriteltiin energiadispersiospektroskopian avulla.
Toteutettujen kokeiden aikana pystyttiin toteamaan, että liuoksessa suoritettu ultraäänikäsittely kykeni irrottamaan katodien pinnasta katodiaktiivimateriaalia. Ultraäänikäsittelyn parametreista sekä ultraäänitehon että liuoksen lämpötilan todettiin vaikuttavan katodiaktiivimateriaalin irrotustehokkuuteen. Vaikutukset virranjohtimeen ja katodiaktiivimateriaaliin todettiin vähäisiksi. Vertailukokeessa todettiin yhden liuoksen toimivan kahta muuta tehokkaammin. Suoritetut kokeet osoittavatkin ultraäänikäsittelyn olevan lupaava menetelmä, jota voitaisiin hyödyntää akkujen kierrätyksessä tulevaisuudessa laajemmin.