Влияние CaF2 на фазовое разделение при алюмотермической СВС-переработке катодных материалов отработанных литий-ионных батарей

Аннотация

В данном исследовании изучена роль CaF₂ в регулировании фазового разделения при алюмотермическом самораспространяющемся высокотемпературном синтезе (СВС) катодного материала, выделенного из отработанных литий-ионных батарей. Новизна работы заключается в оценке влияния содержания CaF₂ на формирование и разделение металлической и шлаковой фаз, а также в определении оптимальной концентрации флюса для переработки многокомпонентных катодных материалов. Исходный материал содержал соединения Ni, Co, Mn и Li. В качестве восстановителя использовали алюминий, а CaF₂ добавляли в качестве флюса в количестве 5, 10, 15 и 20 мас.%. После СВС продукты разделяли на металлическую и шлаковую фракции и исследовали методом рентгеновской дифракции (XRD) и сканирующей электронной микроскопии с энергодисперсионной спектроскопией (SEM/EDS). Добавление CaF₂ способствовало формированию и разделению металлической фазы и образованию алюминатной шлаковой матрицы. Выход металлической фазы увеличился с 22.36% при 5 мас.% CaF₂ до 30.10% и 30.26% при 10 и 15 мас.%, соответственно. Дальнейшее увеличение содержания CaF₂ до 20 мас.% снизило выход металлической фазы до 27.39%. По данным XRD основной фазой шлака являлся LiAlO₂, а SEM/EDS подтвердил образование металлической фазы с преобладанием Ni и меньшим содержанием Co и Al. В целом содержание CaF₂ в диапазоне 10-15 мас.% обеспечило наиболее благоприятные условия для фазового разделения в исследованных условиях СВС.