Nº

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COMUNICAÇÃO TÉCNICA

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Baterias de íons Li: reciclagem e recuperação do cobre

Célia Aparecida Lino dos Santos

Palestra apresentada no evento Tecnologias de Baterias para Veículos Elétricos ou Hídricos e a Aplicação do Cobre, 2019 .

A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública.

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Baterias de íons Li: reciclagem e

recuperação do cobre

Laboratório de Corrosão e Proteção – LCP

Centro de Tecnologia em Metalurgia e Materiais – CTMM

PROCOBRE

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Um pouco sobre o LCP

• Corrosão (causas) • Proteção (técnicas) • Combustíveis • Concreto • Solos • Mar • Indústrias

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[

Baterias de íons Li

Reciclagem e recuperação do

cobre

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Baterias de íons Li

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Baterias de íons Li

http://www.directindustry.com/pt/prod/shandong-goldencell-electronics-technology-co-ltd/product-86535-1243005.html http://www.directindustry.com/pt/prod/shandong-goldencell-electronics-technology-co-ltd/product-86535-1779882.html Plana Cilíndrica

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Baterias de íons Li

Módulos de baterias do Nissan Leaf

King, S. et al. Report EP 181926. CSIRO 2018.

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Baterias de íons Li

Goodenough, J. B. Nature Electronics 1 (2018) 204

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Elementos Componentes

Catodo LiMO₂

Coletor do catodo Alumínio

Anodo Grafite/LTO

Coletor do anodo Cobre

Eletrólito Solvente orgânico +

LiPF₆

Separador PE; PP;PE/PP

Invólucro Metal/Plástico

Baterias de íons Li – componentes

M = Ni, Co, Al, Mn

Luzendo, G. C. 2016

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Baterias de íons Li – detalhes

King, S. et al. Report EP 181926. CSIRO 2018

Sistema de bateria Pacote de células Arranjo de células

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Baterias de íons Li – detalhes

Catodo Anodo Separador

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Baterias de íons Li – detalhes

https://www.google.com/search?rlz=1C1RUCY_pt brBR737BR737&q=ion+li+battery+anode&tbm=isch&source=univ&sa=X&ved=2ahUKEwii-vjahtrgAhXZK7kGHcDFC2oQsAR6BAgGEAE&biw=1280&bih=953#imgrc=tN2Obd77qmFPKM:

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Baterias de íons Li – descarte

King, S. et al. Report EP 181926. CSIRO 2018

Ano Ba terias desca rt adas (t/ a) 3

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Baterias de íons Li – meio ambiente

• Principais riscos ao meio ambiente (estocagem) Eletrólito inflamável

Metais pesados

Risco de explosão caso exista Li metálico formado no anodo

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Baterias de íons Li – reciclagem

• Vantagens da reciclagem

Preservação do meio ambiente

Redução da dependência de fontes primárias (Co, Cu, Ni, Li)

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Baterias de íons Li – reciclagem

Huang, B. J Power Sources 339 (2018) 274-286

VEs

Bateria exaurida

Ferro Alumínio Materiais para eletrodos Compostos orgânicos Plásticos _Cobre Tratamento Químico Indireto Bateria Nova

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Baterias de íons Li – Cobre

Paulino, J. F.; Busnardo, N. G.; Afonso, J. C. Journal Hazardous Materials (2008) 150, 843

Componentes _Quantidade_{(% m)}

Cat + anod +eletrólito 39,1

Invólucro plástico 22,9

Invólucro aço 10,5

Folha de cobre 8,9

Folha de alumínio 6,1

Separadores poliméricos 5,2

Solvente não aquoso 4,7

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Baterias de íons Li – Cobre

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Baterias de íons Li – Cobre

Pistoia, G.; Liaw, B. Behaviorur of the lithium-ion batteries in electric vehicles (2018) 195, 3309

Expectativa de crescimento do potencial de reciclagem das baterias

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Baterias de íons Li – reciclagem

• Métodos de reciclagem

Tratamento mecânico (retirada do solvente e desmantelamento sob atmosfera inerte ou criogênica)

Pirometalurgia Hidrometalurgia Biotratamento

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Baterias de íons Li – Cobre

Ferreira, D. A., et al. Journal of Power Sources (2009) 187, 238

As folhas de cobre e alumínio são removidas durante o processo de desmantelamento das baterias

Segundo Ferreira, o elemento cobre perfaz 40,7% dos materiais utilizados na confecção dos anodos

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Baterias de íons Li – Cobre

Freitas, M. B. J. G., et al. Journal of Power Sources (2010) 195, 3309 Nowadays, carbon materials with or without graphite are largely used as the anode material in Li-ion batteries, with PVDF as an agglomerate agent. The active material is pressed about a copper substrate. The copper substrate has a thickness of

14 m and a length of 0.21  m

Atualmente, materiais de carbono com ou sem grafite são largamente usados como materiais anódicos em baterias de íons de lítio, com PVDF (fluoreto de polivinilideno) como um agente aglomerante (binder). O material ativo é pressionado sobre um substrato de cobre. O substrato de cobre tem uma espessura de 14  m e um comprimento de 0,21  m

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Baterias de íons Li – Cobre

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Baterias de íons Li – Cobre

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Baterias de íons Li – reciclagem

EMPRESAS DE RECICLAGEM E SEUS PROCESSOS

Empresa Processo Produto Capacidade anual (t)

Aretriev (França) Hidrometalúrgico Torta de Co, LiCO3,

Folhas de Cu e Al 3.500 Umicore (Bélgica) Pirometalúrgico

Hidrometalúrgico

Liga de Co-Ni-Cu,

escória catodos, Fe 7.500 Recupyl (França) Hidrometalúrgico Co(OH)₃, Li₂CO₃, aço 110

Xstrata Nickel

(Anglo-Suíça) Pirometalúrgico

Co, Ni, não ferrosos, óxidos de manganês,

plásticos

1.000

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Baterias de íons Li – Cobre

Dai, S. et al. Int. J. Electrochem. Sci. (2017) 12, 10598

O coletor de cobre pode sofrer corrosão se houver água residual no sistema!!!

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Baterias de íons Li – reciclagem –

material do catodo

• Processos pirometalúrgicos Pirólise Fusão Destilação Refino Luzendo, G. C. 2016

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Baterias de íons Li – reciclagem –

material do catodo

• Processos hidrometalúrgicos Lixiviação Precipitação Troca iônica

Extração por solventes

Eletrodeposição – eletrorrecuperação

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Baterias de íons Li – fronteira

Braga, et al. Energy & Env. Science 10 (2017) 331 Goodenough, J. B. Nature Electronics 1 (2018) 204

Baterias com eletrólito sólido (vidro) e anodo de Li metálico

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Conclusões

A reciclagem de baterias está embasada na

necessidade de preservação do meio ambiente preservação de reservas primárias globais

O cobre pode ser totalmente reciclado na fase de desmantelamento

Pode haver íons Cu nos materiais do catodo

devido à corrosão do coletor do anodo, porém em quantidade pequena

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Conclusões

O principal desafio é:

desenvolvimento de processos de reciclagem flexíveis para atender à elevada gama de

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Seu desafio é o nosso

Obrigada!!!

IPT-CTMM-LCP (11) 3767-4805 clsantos@ipt.br