Processos em circuito fechado para recuperar e reciclar compostos de Co e Li de baterias descartadas de LiCoO2

• Main Author: Caroline Santana dos Santos
• Other Authors: Lucio César de Almeida .
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Estadual de Londrina. Centro de Ciências Exatas. Programa de Pós-Graduação em Química. 2018
• Online Access: http://www.bibliotecadigital.uel.br/document/?code=vtls000218267

A demanda por baterias de íons de lítio (BIL) vem crescendo rapidamente para atender aos mercados de dispositivos eletrônicos portáteis e de veículos elétricos e híbridos. Como na fabricação dessas baterias são empregados reagentes químicos advindos de minerais escassos como o cobalto e o lítio, a reciclagem das BIL descartadas é uma solução estratégica para a sustentabilidade desses minerais e, como consequência, da produção das BIL. Portanto, esforços devem ser conduzidos na formulação de processos de reciclagem de baixo custo, compatíveis ambientalmente e industrialmente escaláveis. Neste estudo, dois processos com essas características foram desenvolvidos para recuperar compostos de cobalto e lítio e também para ressintetizar o composto LiCoO2 a partir do material extraído do catodo de bateria de telefones celulares descartados. Em ambos os processos o pó do LiCoO2 extraído é inicialmente tratado termicamente, lixiviado em ácido orgânico e filtrado. Alterando-se os agentes precipitantes, obtém-se da solução lixiviada e filtrada o cobalto como CoC2O4.2H2O posteriormente transformado em Co3O4 por calcinação e o lítio como Li2CO3. O carbonato de lítio também pôde ser recuperado por um método novo e original que formulamos, baseado em simples procedimentos de evaporação-calcinação e dissolução. Pelo processo desenvolvido, a ressíntese do LiCoO2 pode ser realizada tanto por via reação em estado sólido, empregando-se os compostos de Co e Li recuperados, ou via reação em sol-gel, a partir da solução gel obtida da solução lixiviada do material do catodo. Por ambas as rotas, o LiCoO2 obtido é estequiométrico e estruturalmente ordenado, quando analisado por difração de raios X, sendo formado por aglomerados de partículas com tamanhos menores que 1 m. Uma capacidade de carga em torno de 115 mAhg-1 foi medida, após 20 ciclos consecutivos de carga e descarga, em eletrodos do LiCoO2 obtidos pelas duas vias de ressíntese. Pelas suas características, os processos formulados para a obtenção dos compostos CoC2O4.2H2O, Co3O4 e Li2CO3 e para a ressíntese do composto LiCoO2 a partir dos catodos LiCoO2 de baterias descartadas possuem grande potencial para serem aplicados em uma planta industrial de reciclagem de baterias de íons de lítio descartadas. === Demand for lithium-ion batteries (LIB) has been growing fast to attend the markets of portable' electrical devices and of electric and hybrid vehicles. Since the manufacturing of these batteries employs chemical reagents coming from natural resources as cobalt and lithium, recycling of spent batteries is one strategy to ensure the sustainability of these materials and of battery production. Therefore, effort should be driven to formulate environmentally compatible, industrially scalable, low-cost recycling processes. In this study, two processes with these characteristics were developed to recover cobalt and lithium compounds and also to resynthesize the LiCoO2 compound from the cathode material of discarded cell phone batteries. In both processes, the extracted LiCoO2 powder is initially thermally treated, leached in organic acid and filtered. By changing the precipitating agents, after filtering the leached solution cobalt is obtained as CoC2O4.2H2O, subsequently converted to Co3O4 by calcination, and lithium is obtained as Li2CO3. Lithium carbonate can also be recovered by a new and original method formulated by us, based on simple evaporation, calcination and dissolution procedures. By the developed processes, the resynthesize of LiCoO2 can be carried out either by solid state reaction, using the recovered Co and Li compounds, or via sol-gel reaction, from the solution of leached cathode material, after filtering the Co3O4 precipitate. For both resynthesizing routes, stoichiometric, well crystallized and structurally ordered LiCoO2 were obtained, when analyzed by X-ray diffraction, being formed by agglomerates of particles with sizes smaller than 1.0 μm. A charge capacity around 115 mAhg-1 was measured after 20 consecutive charge-discharge cycles on electrodes manufactured with the LiCoO2 material obtained from the two re-synthesis routes. According to these results, the processes formulated to recover the Co3O4 and Li2CO3 compounds and to resynthesize the compound LiCoO2 from the LiCoO2 cathodes of discarded LIB have great potential to be applied in an industrial lithium ion battery recycling plant.