Akademik Veri Yönetim Sistemi
SİVAS INTERNATIONAL CONFERENCE ON SCIENTIFIC AND INNOVATION RESEARCH, Sivas, Türkiye, 13 - 15 Ekim 2022, ss.3-37
Lityum iyon piller, daha yüksek özgül kapasiteleri, daha uzun hizmet ömürleri ve daha düşük
kendi kendine deşarj oranları nedeniyle son yıllarda elektrikli araçlar, cep telefonları ve
taşınabilir elektronik cihazlar gibi birçok enerji depolama uygulamasında giderek daha fazla
kullanılmaktadır. Buna paralel olarak aşırı miktarda atık pil sorunu ortaya çıkmaktadır. Atık
lityum iyon piller, elektrolit ve ayırıcı gibi kirleticiler ile katot tarafında önemli ekonomik
değere sahip lityum, kobalt, nikel, manganez ve alüminyum gibi bazı metal oksitleri içerir. Atık
lityum iyon iyon pillerin geri dönüşümü sadece çevresel açıdan değil aynı zamanda ekonomik
açıdan da önemli bir problem olarak çözüm beklemektedir. Lityum iyon pil katodlarında
bulunan bu değerli metallerin geri kazanımı üzerine pek çok çalışma yapılsa da henüz ekonomik
ve çevresel açıdan genel Kabul görümüş bir yöntem yoktur. Bu çalışmada, lityum iyon
pillerdeki metallerin pil katotlarından geri kazanımına alternatif bir yaklaşım araştırılmıştır. Bu
kapsamda baca gazı ile doyurulmuş sulu çözeltiler, geçiş metallerini ve lityumu katot
malzemesinden çözerek almak için liç reaktifi olarak kullanılmıştır. Bu şekilde, bir başka
sorunlu kirlilik kaynağı olan baca gazı, bu çalışmada bir liç reaktifi olarak değerlendirilmiştir.
İlk olarak atık lityum iyon pillerden gelen katot malzemeleri, liç işleminden önce bağlayıcı ve
karbon siyahı gibi yanıcı bileşenleri uzaklaştırmak için bir ısıl işleme tabi tutulmuştur. İkinci
aşamada ise liçing işlemi gerçekleştirilmiş ve gaz akış hızı, karıştırma hızı, sıcaklık ve katı-sıvı
oranı gibi parametrelerin çözünme işlemine etkileri araştırılmıştır. Kalsinasyon işlemi öncesi
ve sonrası katot malzemesinin morfolojik yapısı XRD ve SEM analizleri ile incelenmiştir.
Sonuç olarak, kalsinasyon işlemi sırasında katot malzemesindeki karbon siyahı ve bağlayıcının
büyük oranda uzaklaştırıldığı gözlemlenmiştir. Kalan metal içeriği, baca gazı ile doymuş suda
çözündürülmiştir. Parametreler incelendiğinde çözünmüş metal içeriğinin sıcaklık ve gaz akış
hızındaki artışla arttığı; katı/sıvı oranı ve karıştırma hızındaki artışla ise azaldığı belirlenmiştir.
60 ºC'de yapılan deneylerde, metallerin çözünmüş yüzdeleri 240 dakikalık denemelerde %95,54
Li, %72,76 Co, %97,19 Mn, %88,70 Ni, %90,57 Fe ve %90,20 Al olarak bulunmuştur.
Lithium-ion batteries have been increasingly used in many energy storage applications such as
electric vehicles, mobile phones and portable electronic devices in recent years due to their
higher specific capacity, longer service life and lower self-discharge rates. In parallel with this,
the problem of excessive amount of waste batteries arises. Waste lithium-ion batteries contain
pollutants such as electrolyte and separator, and some metal oxides such as lithium, cobalt,
nickel, manganese and aluminum, which have significant economic value on the cathode side.
The recycling of waste lithium-ion batteries is not only an environmental but also an
economically important problem awaiting a solution. Although many studies have been carried
out on the recovery of these precious metals in lithium-ion battery cathodes, there is no
generally accepted method from an economic and environmental point of view. In this study,
an alternative approach to the recovery of metals in lithium-ion batteries from battery cathodes
was investigated. In this context, aqueous solutions saturated with flue gas were used as
leaching reagents to dissolve transition metals and lithium from the cathode material. In this
way, flue gas, another problematic pollution source, was evaluated as a leaching reagent in this
study. First, the cathode materials from waste lithium-ion batteries were subjected to a heat
treatment to remove combustible components such as binder and carbon black before leaching.
In the second stage, the leaching process was carried out and the effects of parameters such as
gas flow rate, mixing speed, temperature and solid-liquid ratio on the dissolution process were
investigated. The morphological structure of the cathode material before and after the
calcination process was investigated by XRD and SEM analysis. As a result, it was observed
that the carbon black and binder in the cathode material were largely removed during the
calcination process. The remaining metal content was dissolved in water saturated with flue
gas. When the parameters were examined, it was found that the dissolved metal content
increased with the increase in temperature and gas flow rate; It was determined that it decreased
with the increase in solid/liquid ratio and mixing speed. In the experiments carried out at 60 ºC,
the dissolved percentages of the metals were found to be 95.54% Li, 72.76% Co, 97.19% Mn,
88.70% Ni, 90.57% Fe and 90.20% Al in the 240-minute trials.