Um estudo da pirólise redutiva do catodo NMC532 de baterias descartadas de íons de lítio com e sem a adição do material do ânodo

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Santos, Gabriel Gonzaga dos
• Orientador(a): Scarminio, Jair
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Baterias de íons de lítio; Pirólise redutiva; NMC532
• Área do conhecimento CNPq: Ciências Exatas e da Terra - Física
• Link de acesso: https://repositorio.uel.br/handle/123456789/17826

Para processar adequadamente a enorme quantia de baterias de íons de lítio (BILs) esgotadas que têm sido geradas atualmente, métodos e processos de reciclagem mais eficientes, de menor custo e menos poluidores vêm sendo constantemente pesquisados. Entre os métodos propostos recentemente, a pirólise redutiva à base de carbono tem se destacado pela simplicidade e alta eficiência na recuperação do lítio das BILs na forma do carbonato Li2CO3, além de reduzir os estados de oxidação dos demais metais, facilitando sua posterior recuperação por processos hidrometalúrgicos. O Li2CO3 é então separado dos demais produtos por simples lavagem com água. Apesar dos notáveis avanços, a técnica ainda carece de estudos mais aprofundados, em particular a identificação e quantificação dos produtos da pirólise e das suas reações em função da dosagem de carbono reativo e da temperatura das reações. Assim, este trabalho apresenta um estudo experimental da pirólise redutiva do catodo Li1-xNi0,5Mn0,3Co0,2O2 (NMC532) em função de temperaturas reacionais até 800 °C, utilizando o carbon black e o PVDF presentes no catodo (carbono nativo - CN) como dosagem mínima de carbono reacional e sob a adição de 5% em massa do material do ânodo como fonte extra de carbono (CE). Medidas de DRX revelaram que a fase NMC532 se mantém estável até 500 oC, independentemente da concentração de carbono. Sob o carbono nativo, o NMC532 é parcialmente decomposto em 550 °C, mas já gerando o carbonato de Li. Em 600 °C o NMC532 é totalmente decomposto nas fases (MnO)x(NiO)y, Li0,185Co0,815O, Ni metálico e Li2CO3 em maior concentração. A 700 e 800 °C nenhum produto novo foi obtido das pirólises. Sob a adição de CE, os produtos da pirólise do NMC532 a 550 e 600 oC foram os mesmos obtidos sob o CN, além de grafite não reagido. Em 700 °C, o Li2CO3 é a única fase contendo Li e em sua maior concentração, além dos produtos CoO, MnO, Ni e Co e grafite residual. Em 800 °C o CoO é reduzido para Co, restando as fases MnO, Ni e Co metálicos uma diminuição na concentração de Li2CO3 por sua volatilização. Medidas in-situ e ex-situ da massa dos produtos das pirólises por TG/DSC e balança analítica mostraram um aumento da massa em torno de 550 a 700 °C devido a formação do Li2CO3 pela captura do CO2 gasoso gerado em reações com o CN e CE. Análises de FTIR dos produtos das pirólises confirmaram a formação do Li2CO3 e a dependência da sua concentração com a temperatura e concentração de carbono reacionais. Observou-se ainda uma correlação entre as variações do modo vibracionais na região dos óxidos metálicos com os óxidos identificados por DRX nas diferentes pirólises. O estudo mostrou então que nas pirólises com o CN nem todo lítio do catodo NMC532 é recuperado como carbonato, independente da temperatura reativa. Por outro lado, sob adição de 5% CE, todo Li é convertido na pirólise a 700 °C em Li2CO3 e o Ni, Mn e Co em produtos metálicos ou monóxidos.