Ressíntese e reciclagem direta de catodos de baterias descartadas de íons de lítio e caracterizações eletroquímicas

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dc.contributor.advisorScarminio, Jair
dc.contributor.authorSita, Lucas Evangelista
dc.contributor.bancaAlves, João Carlos
dc.contributor.bancaSilva, Stephany Pires da
dc.contributor.bancaLaureto, Edson
dc.contributor.bancaGelamo, Rogério Valentim
dc.coverage.extent126 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2025-01-09T17:25:19Z
dc.date.available2025-01-09T17:25:19Z
dc.date.issued2024-10-25
dc.description.abstractA reciclagem das baterias de íons de lítio (BILs) tem se mostrado uma das alternativas mais eficazes para evitar danos ambientais por seu descarte, e na reinserção de compostos químicos de valor na cadeia produtiva de novas baterias. Neste trabalho, são mostrados os resultados e análises de dois métodos de reciclagem do material do catodo de BILs descartadas. O primeiro envolve a ressíntese dos catodos Li1Ni0,5Mn0,3Co0,2O2 (NMC532) e Li1Ni1/3Mn1/3Co1/3O2 (NMC111) pela técnica sol-gel, utilizando como matéria-prima uma mistura dos materiais dos catodos extraído de oito baterias em fim de vida, de composição LixNi0,5Mn0,3Co0,2O2 (x<1). Análises de difração de raios-X confirmaram a formação das fases únicas de NMC532 e NMC111, com alta cristalinidade, elevado ordenamento cristalográfico e baixa troca catiônica, conforme verificado pelo refinamento de Rietveld. Eletrodos confeccionados com os catodos ressintetizados mostraram uma boa ciclabilidade em vinte ciclos, mas capacidades de carga específica um pouco inferior aos valores da literatura (140 mAh/g). O segundo processo, se baseia na reciclagem direta (RD) de catodos de BILs descartadas, visto que a perda de lítio ao longo dos ciclos de carga e descarga em conjunto com desordenamento estrutural, são responsáveis pelo esgotamento das BILs. Usou-se catodos NMC532 extraídos de baterias de carro elétrico em final de vida útil (EoL) e descartadas pelo fabricante durante o controle de qualidade (QCR). Testes de carga e descarga em eletrodos manufaturados com os dois tipos de catodos mostraram uma capacidade de carga inicial em torno de 155,0 mAh g?¹. No entanto, ao final de cem ciclos perdas de capacidade de 2,82 e 9,55 mAh g?¹ foram observadas para os catodos relitiados QCR e EoL, respectivamente, refletindo uma menor estabilidade eletroquímica para o catodo EoL. Os dois métodos de reciclagem testados resultaram em novos catodos do tipo NMC estequiométricos, altamente ordenados e de complexidade operacional de fabricação relativamente baixas, podendo ser, em princípio escalonados industrialmente. No entanto, estudos mais elaborados são exigidos visando aumentar da capacidade de carga específica e estabilidade de ciclagem dos eletrodos.
dc.description.abstractother1The recycling of lithium-ion batteries (LIBs) has proven to be one of the most effective alternatives to prevent environmental damage caused by their disposal and to reintroduce valuable chemical compounds into the production chain of new batteries. This work presents the results and analyses of two methods for recycling the cathode material from discarded LIBs. The first method involves the resynthesis of Li1Ni0,5Mn0,3Co0,2O2 (NMC532) and Li1Ni1/3Mn1/3Co1/3O2 (NMC111) cathodes through the sol-gel technique, using a mixture of cathode materials extracted from eight end-of-life batteries, with a composition of LixNi0.5Mn0.3Co0.2O2 (x<1). X-ray diffraction analyses confirmed the formation of single phases of NMC532 and NMC111 with high crystallinity, well-ordered crystal structure, and low cation exchange, as verified by Rietveld refinement. Electrodes manufactured with the resynthesized cathodes showed good cyclability over twenty cycles but with specific charge capacities slightly lower than the values reported in the literature (140 mAh/g). The second process is based on the direct recycling (DR) of cathodes from discarded LIBs, as lithium loss during charge-discharge cycles, along with structural disorder, are responsible for the depletion of LIBs. NMC532 cathodes were extracted from electric vehicle batteries at the end of life (EoL) and rejected by the manufacturer during quality control (QCR). Charge-discharge tests on electrodes made with both types of cathodes showed an initial charge capacity of around 155.0 mAh g?¹. However, after one hundred cycles, capacity losses of 2.82 and 9.55 mAh g?¹ were observed for the relithiated QCR and EoL cathodes, respectively, indicating lower electrochemical stability for the EoL cathode. Both recycling methods resulted in new stoichiometric NMC-type cathodes, highly ordered and with relatively low operational complexity, which could, in principle, be scaled up industrially. Nevertheless, more elaborate studies are required to increase the specific charge capacity and cycling stability of the electrodes.
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/18500
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCE - Departamento de Física
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Física
dc.subjectBaterias de íons de lítio
dc.subjectRessíntese
dc.subjectReciclagem direta
dc.subjectNMC532
dc.subjectNMC111
dc.subjectFísica
dc.subjectBaterias elétricas
dc.subjectReciclagem
dc.subjectMeio ambiente
dc.subjectEletrodos
dc.subjectlítio
dc.subjectEnergia elétrica
dc.subjectElétrons
dc.subject.capesCiências Exatas e da Terra - Física
dc.subject.cnpqCiências Exatas e da Terra - Física
dc.subject.keywordsLithium-ion batteries
dc.subject.keywordsResynthesis
dc.subject.keywordsDirect recycling
dc.subject.keywordsNMC532
dc.subject.keywordsNMC111
dc.subject.keywordsPhysics
dc.subject.keywordsElectric batteries
dc.subject.keywordsRecycling
dc.subject.keywordsEnvironment
dc.subject.keywordsElectrodes
dc.subject.keywordsLithium -
dc.subject.keywordsElectric energy
dc.subject.keywordsElectrons
dc.titleRessíntese e reciclagem direta de catodos de baterias descartadas de íons de lítio e caracterizações eletroquímicas
dc.title.alternativeResynthesis and direct recycling of cathodes from discarded lithium-ion batteries and electrochemical characterizations
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Exatas

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