Pulse ultrasonication leaching approach for selective Li leaching from spent LFP cathode material

ABSTRACT

Lithium-iron-phosphate (LFP) batteries are a type of battery whose usage is increasingly expanding due to their features and low production costs. The recovery of precious metals from discarded LFP batteries, resulting from their growing utilization, holds significance from both environmental and economic perspectives. Hydrometallurgical recycling of LFP has gained attention due to its cost-effectiveness and environmental considerations. This study explores the application of ultrasound-assisted leaching as an alternative to conventional hydrometallurgical leaching processes, yielding promising results. The utilization of ultrasound facilitates efficient Li solubility within a short duration of 15 min, eliminating the need for prolonged leaching times. Moreover, selective Li solubility was achieved without the use of additional oxidizing agents through the calcination of the LFP cathode powders. In the ultrasonic leaching of uncalcined powders, a Li dissolution efficiency of 98.60% was obtained, while the Fe dissolution efficiency remained at 32.46%. However, in the ultrasonic leaching of calcined powders, the Li dissolution efficiency was 90.66% within 15 min, while the Fe leaching efficiency remained at 4.88%. Thermodynamic models were employed to elucidate all leaching processes, and the influential parameters were discussed. Furthermore, Al current collectors were successfully recycled, resulting in the production of amorphous Al₂O₃ powders.

Les batteries au lithium-fer-phosphate (LFP) sont un type de batterie dont l’utilisation s’étend de plus en plus en raison de leurs caractéristiques et de leurs faibles coûts de production. La récupération des métaux précieux des batteries de LFP mises au rebut, résultant de leur utilisation grandissante, retient une importance tant du point de vue environnemental qu’économique. Le recyclage hydrométallurgique des LFP a attiré l’attention en raison de sa rentabilité et de ses considérations environnementales. Cette étude explore l’application de la lixiviation assistée aux ultrasons comme une solution de rechange pour les procédés de lixiviation hydrométallurgiques conventionnels, produisant des résultats prometteurs. L’utilisation des ultrasons facilite une solubilité efficace du Li dans une courte période de 15 min, éliminant le besoin de temps de lixiviation prolongés. De plus, on a obtenu la solubilité sélective du Li sans l’usage d’agents additionnels d’oxydation grâce à la calcination des poudres de cathode LFP. Lors de la lixiviation ultrasonique des poudres non calcinées, on a obtenu une efficacité de dissolution du Li de 98.60%, alors que l’efficacité de dissolution du Fe est restée à 32.46%. Cependant, lors de la lixiviation ultrasonique des poudres calcinées, l’efficacité de dissolution du Li était de 90.66% en 15 min, alors que l’efficacité de lixiviation du Fe restait à 4.88%. On a utilisé des modèles thermodynamiques pour élucider tous les processus de lixiviation, et l’on a discuté des paramètres influents. De plus, on a recyclé avec succès les collecteurs de courant en Al, ayant pour résultat la production de poudres amorphes d’Al₂O₃.

KEYWORDS:

• Hydrometallurgical recycling
• LFP cathodes
• selective Li leaching
• ultrasound-assisted leaching

Acknowledgements

The authors would like to thank Assoc. Prof. Dr. Nuri Solak for the SEM-EDS analysis, and also, Professor Dr. Bora Derin and Research Assistant Kerem Can Dizdar for FactSage calculations.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).