Master's Thesis

Regeneration of the positive electrode of an LFP battery using direct recycling

Final Thesis 6.56 MB

Author of thesis: Ing. Dominik Vaško

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jiří Báňa

Reviewer: Ing. Hana Hálová

Abstract:

This master's thesis focuses on the regeneration of LiFePO4 (LFP) positive electrodes from lithium-ion batteries using a direct recycling approach. The increasing demand for lithium-ion batteries, driven primarily by the expansion of electromobility and modern technologies, is accompanied by a growing volume of batteries reaching their end-of-life (EOL). Efficient and environmentally friendly processing of these spent batteries is essential to minimize the environmental burden, conserve natural resources, and comply with legislative requirements.
The experimental part of this thesis is dedicated to the separation of the active material from the aluminum current collector via thermal decomposition and chemical dissolution of the binder. The separated material is subsequently subjected to a relithiation process under various temperature and time conditions. Finally, the regenerated material is used to prepare electrodes for electrochemical testing, which aims to evaluate the efficiency of the selected recovery process.

Keywords:

Lithium-ion batteries, cathode, recycling, relithiation, capacity

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s cíli a řešením závěrečné vysokoškolské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta - Jaká je velikost částic materiálu. - Jaké instrumentální metody jsou vypovídavější o vzorku, XRD nebo SEM/EDS?

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Electrical Manufacturing and Management (MPC-EVM)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Vyroubal, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ladislav Chladil, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Čudek, Ph.D. (člen)
Ing. Zdenka Rozsívalová (člen)
prof. Ing. Jiří Kazelle, CSc. (předseda)
Ing. Jiří Báňa (člen)
Ing. David Trochta (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jiří Báňa

Student Dominik Vaško vypracoval svoji diplomovou práci na téma REGENERACE KLADNÉ ELEKTRODY LFP AKUMULÁTORU METODOU PŘÍMÉ RECYKLACE.

Předložená diplomová práce se zabývá vysoce aktuálním tématem přímé recyklace lithno-iontových akumulátorů, které v současnosti nabývá na významu z hlediska materiálové udržitelnosti. V teoretické části autor prokazuje velmi dobrou orientaci v dané problematice. Systematicky srovnává jednotlivé typů elektrodových materiálů, a to jak na straně katod, tak i anod, což čtenáři poskytuje ucelený vhled do problematiky. Druhá kapitola pak představuje podrobný přehled existujících recyklačních metod. Teoretický úvod práce je tedy logicky strukturován, srozumitelně napsán a vytváří pevný základ pro následnou experimentální část.

V experimentální části se práce soustředí na kritické kroky přímé recyklace, konkrétně na separaci aktivního materiálu katody od proudového sběrače a následnou elektrochemickou regeneraci. Autor zvolil komparativní přístup, kdy porovnával dvě metody odstranění polymerního pojiva, a to selektivní rozpouštění a termickou dekompozici. Tento metodický přístup umožnil jasně identifikovat silná a slabá místa obou procesů z hlediska jejich praktické realizovatelnosti. Následná fáze byla zaměřena na samotnou relithiaci za zvýšené teploty. Elektrochemické testování, přičemž sledování a porovnání počáteční degradované kapacity materiálu s kapacitou po provedení procesu relithiace tvoří samotné jádro praktické činnosti této práce. Všechny experimenty byly naplánovány a realizovány s vysokou precizností.

Dosažené výsledky jsou velmi slibné. Autorovi se podařilo úspěšně demonstrovat funkčnost navrženého postupu relithiace, který prokazatelně vede k obnově elektrochemických vlastností studovaného katodového materiálu. Výsledná data jsou v diskusi správně interpretována. Předložené výsledky představují skvělý základ pro další výzkum a následnou optimalizaci této regenerační metody v laboratorním měřítku.

Z hlediska formálního zpracování splňuje práce veškeré náležitosti. K samotnému přístupu studenta nemám žádné výhrady, k řešení úkolů přistupoval iniciativně, samostatně a výsledky pravidelně konzultoval.

Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení 95 body. Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

File inserted by supervisor Size
Posudek vedoucího práce [.pdf] 24,66 kB

Reviewer’s report
Ing. Hana Hálová

Předložená diplomová práce Bc. Dominika Vaška se zabývá vysoce aktuálním tématem přímé recyklace LFP katodového materiálu.
V teoretické části autor prokazuje velmi dobrou orientaci v dané problematice a schopnost práce s rozsáhlou literaturou. První kapitoly jsou logicky strukturovány a čtenáři poskytují ucelený, srozumitelný vhled do problematiky. Autor zde velmi přehledně popisuje a srovnává jednotlivé typy elektrodových materiálů, přičemž detailně rozebírá jejich vlastnosti a limity. Druhá kapitola pak představuje podrobný rešeršní přehled existujících recyklačních metod, čímž student vytvořil pevný a kvalitní teoretický základ pro následnou experimentální část. V rámci praktické části student odvedl mimořádný objem samostatné praktické a experimentální činnosti. Oceňuji vysokou systematičnost celé práce – autor zvolil komparativní přístup, kdy systematicky porovnává různé vzorky získané odlišnými technologickými postupy přípravy a následně sleduje vliv parametrů relitiace na finální elektrochemické vlastnosti.
I přes nespornou kvalitu práce se v textu objevují drobné nedostatky. Tyto připomínky směřují primárně ke způsobu prezentace a vizualizace získaných dat.
1. Formální úprava a typografie: Čtenářský komfort výrazně snižuje posloupnost textu – podrobný výkladový text k obrázkům a tabulkám často následuje s odstupem za daným objektem. Popisky grafů a tabulek jsou provedeny velmi stručně a obecně a pro konkrétní informace musí čtenář dohledávat kontext v textu pod nimi. V elektronické verzi dokumentu navíc zcela chybí aktivní křížové odkazy (proklikávací obsah, seznamy obrázků/tabulek). V textu se dále objevují drobné nepozornosti (chybějící mezery mezi slovy, nesprávný typ práce „Semestrálna práca“ v prohlášení, chybějící dolní indexy v chemických vzorcích) a místy velmi kostrbaté až nesprávné stylistické formulace (např. věta: „Takáto zmena ako v čase počas ktorého vzorka zostala na maximálnej teplote, tak aj zvýšenie maximálnej teploty nastala z dôvodu...“).
2. Grafická prezentace XRD a SEM dat: V samotných XRD grafech chybí grafické vyznačení fází. Autor v doprovodném textu zároveň zmiňuje „rozdvojení maxím“ v degradovaném stavu a jejich následném vymizení po relitiaci, v práci však není konkrétně zmíněno, o které peaky se jedná. Pro zvýšení přehlednosti by pak bylo přínosné sloučit dílčí XRD grafy i SEM snímky do souhrnných kombinovaných obrázků, aby čtenář mohl ihned vizuálně porovnat morfologické a strukturní změny mezi jednotlivými vzorky.
I přes výše uvedené kritické body je nutné zdůraznit, že připomínky mají charakter doporučení pro lepší vědeckou prezentaci dat a nijak nesnižují obrovské množství práce vykonané studentem. Student splnil zadání v plném rozsahu.
Práci doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením 92 bodů, hodnocenou stupněm A. Topics for thesis defence:
  1. V textu zmiňujete změny objemu krystalové mřížky u regenerovaných vzorků. Byla pro stanovení mřížkových parametrů a kvantifikaci fází provedeny detailnější analýzy? Pokud ne, na základě jakých dat expanzi mřížky usuzujete?
  2. V textu popisujete vymizení rozdvojení maxim na XRD grafech po úspěšné relitiaci. Můžete v rámci prezentace u obhajoby ukázat a specifikovat, u kterých konkrétních úhlů 2θ k tomuto rozdvojení v degradovaném stavu docházelo?
  3. Jaké konkrétní kroky/modifikace byste navrhl pro další optimalizaci, zefektivnění a případné zvýšení dosahované specifické kapacity samotného procesu relitiace?
  4. Z výsledků EDS analýzy vyplývá, že u vzorků řady T dochází k výraznějšímu odklonu od teoretického poměru stechiometrie prvků, zatímco u řady P se daří tento poměr udržet stabilnější. Jak si tento rozdíl vysvětlujete?
Points proposed by reviewer: 92

Grade proposed by reviewer: A

File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 98,46 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová