Bachelor's Thesis

Recycling of electrode materials from Li-ion batteries

Final Thesis 3.33 MB

Author of thesis: Bc. Ondřej Závodný

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Tomáš Kazda, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ladislav Chladil, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis addresses the issue of recycling electrode materials from lithium-ion batteries, focusing on the direct recycling process and the reuse of negative electrodes. The theoretical part summarizes the historical development of lithium-ion cells, their structural designs, operating principles, and provides an overview of active materials, detailing pyrometallurgical, hydrometallurgical, and direct recycling methods. The practical section focuses on the experimental validation of the direct recycling efficiency of anode graphite reclaimed from spent cells. The primary objective of the thesis was to verify the electrochemical functionality and structural recovery success of the recycled graphite itself. As a secondary step, the possibility of material modification of this regenerated carbon matrix using micrometric 1µm and nanometric 20nm silicon additives was investigated. Using cyclic voltammetry and galvanostatic cycling, all samples were analyzed for their specific capacity, Coulombic efficiency, rate capability, and long-term stability in a half-cell configuration against metallic lithium. The results confirmed that the recycled graphite alone exhibits parameters fully comparable to pristine commercial materials, while the subsequent integration of nanoparticle silicon represents a promising way to further increase its capacity.

Keywords:

Lithium-ion batteries
recycling methods
direct recycling
recycled graphite
silicon additives
coin cell batteries
cyclic voltammetry
galvanostatic cycling

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s cíli a řešením závěrečné vysokoškolské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Otázky komise: Jak jste míchal jednotlivé složky? Degraduje mikrometrický křemík nebo jak to je? Upozornění na hrubky v prezentaci. Student postupně zodpověděl položené otázky.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Maxa, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Kristýna Jandová, Ph.D. (člen)
Ing. Roman Prokop, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Vanýsek, CSc. (předseda)
doc. Ing. Petr Křivík, Ph.D. (člen)
Ing. Ondřej Čech, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Tomáš Kazda, Ph.D.

Náplní bakalářské práce studenta Ondřeje Závodného bylo studium možností využití recyklovaného grafitu jako anody Li-ion akumulátorů a jeho kombinace s křemíkovými částicemi s různou velikostí za účelem vytvoření grafito-křemíkové anody s vyšší kapacitou. Student přistupoval k práci v laboratoři s velkým zájmem, byť samotné zpracování práce bylo zatíženo jistou studentovou nepozorností a pozdějším zahájením práce na teoretické části, což se také projevuje na drobných nedostatcích ve finálním textu (délka dlouhodobého měření, občasné neodstraněné chyby v textu). Student si v rámci práce musel osvojit přípravu elektroda a přípravu a zpracování elektrochemických měření. Jeho práce navazuje na dlouhodobý výzkum v oblasti recyklace Li-ion akumulátorů a současně jej rozšiřuje o využití křemíku v elektrodách, čímž pokládá solidní základ pro další činnost v této oblasti. Výsledky by mohli posloužit také jako základní materiál pro vytvoření impaktované publikace. Rozsah práce je odpovídající bakalářské práci a její zadaní je také splněno. Práci doporučuji k obhajobě a přihlédnutím k drobným nedostatkům v rámci jejího zpracování ji hodnotím 88 b tedy známkou B. Points proposed by supervisor: 88

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Ladislav Chladil, Ph.D.

Bakalářská práce Ondřeje Závodného se zabývá problematikou recyklace anodových materiálů Li-ion akumulátorů se zaměřením na regeneraci grafitu získaného z vysloužilých článků a jeho následnou modifikaci přídavkem křemíkových částic. Téma práce považuji za vysoce aktuální a odborně přínosné, neboť reflektuje jak rostoucí význam recyklace akumulátorových systémů tak je zaměřeno na metody zvýšení gravimetrické hustoty energie, což je aktuální směr vývoje anodových materiálů pro moderní elektrochemické zdroje energie.
Teoretická část práce poskytuje dostatečný úvod do problematiky Li-ion akumulátorů, používaných elektrodových materiálů i metod jejich recyklace. Struktura kapitol je logická a vytváří základ pro navazující experimentální část. Za slabší stránku však považuji spíše popisný charakter některých pasáží a omezenou kritickou práci s literárními zdroji. Místy by bylo vhodné hlubší porovnání prezentovaných poznatků a jejich širší zasazení do kontextu současného výzkumu.
Hlavní přínos práce spatřuji v rozsáhlé experimentální části. Autor zde připravil několik variant elektrodových materiálů, sestavil testovací články a realizoval jejich elektrochemické hodnocení pomocí cyklické voltametrie, galvanostatického cyklování a dlouhodobých zátěžových testů. Oceňuji zejména rozsah provedených experimentů, systematický přístup k jejich realizaci a snahu o porovnání vlivu různých forem křemíku na vlastnosti recyklovaného grafitu. Získané výsledky považuji za zajímavé a z odborného hlediska hodnotné. Práce vykazuje potenciál pro navazující výzkum a po dalším dopracování i publikační využití.
Diskuze výsledků je ve srovnání s běžným standardem bakalářských prací poměrně rozsáhlá a autor se nesoustředí pouze na popis naměřených dat, ale snaží se interpretovat pozorované jevy a vysvětlovat rozdíly mezi jednotlivými materiálovými systémy. Přesto mám k některým závěrům výhrady. Místy jsou formulována poměrně jednoznačná tvrzení, aniž by byla dostatečně podložena provedenými experimenty nebo dostupnými literárními zdroji. Zejména postrádám kritickou diskusi hodnot Coulombické účinnosti přesahujících 100 %, které se u některých systémů vyskytují opakovaně během několika po sobě jdoucích cyklů. Takové chování není u obdobných systémů běžné a zasloužilo by si podrobnější vysvětlení. Vzhledem k prezentovaným výsledkům nelze vyloučit ani možnost nesprávné interpretace nebo výpočtu této veličiny.
Největší slabinu práce představuje její formální stránka. V textu se vyskytuje značné množství pravopisných, stylistických i terminologických nedostatků. V některých případech byly v práci ponechány duplicitní odstavce vzniklé pravděpodobně při následných úpravách textu. Místy je formulace natolik neobratná, že čtenáři komplikuje pochopení vlastního sdělení autora. Jako příklad lze uvést stranu 46, kde jsou za sebou uvedeny dvě verze téhož odstavce a obě obsahují řadu jazykových chyb (napočítáno min. 14 chyb ve dvou odstavcích). Tyto nedostatky významně snižují celkový dojem z jinak zajímavé a experimentálně hodnotné práce.
Přes uvedené připomínky konstatuji, že práce splňuje zadání v požadovaném rozsahu a prokazuje schopnost autora samostatně realizovat experimentální výzkum, připravit testované materiály, provést jejich elektrochemickou charakterizaci a interpretovat získaná data. Především experimentální část hodnotím pozitivně a považuji ji za hlavní přínos předložené práce. Celkovou úroveň však výrazně snižuje formální zpracování a kvalita odborného textu.
Bakalářskou práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení 78 bodů (C). Topics for thesis defence:
  1. V práci prezentujete hodnoty Coulombické účinnosti, které v některých případech opakovaně přesahují 100 %. Uveďte přesný způsob výpočtu Coulombické účinnosti použitý ve Vaší práci a vysvětlete, jak interpretujete hodnoty převyšující 100 %. Považujete takové chování za fyzikálně reálné, nebo může souviset s metodikou měření a zpracování experimentálních dat?
  2. Ve shrnutí výsledků uvádíte, že u sledovaných systémů dochází ke kinetickému omezení (resp. kinetickému brzdění) probíhajících procesů. Na základě kterých konkrétních experimentálních výsledků jste k tomuto závěru dospěl? Jaké další elektrochemické metody by bylo vhodné použít pro jednoznačné ověření tohoto tvrzení?
  3. Pokud byste měl k dispozici čas a prostředky na navazující diplomovou práci, jaký experiment byste na základě získaných výsledků navrhl jako první a proč?
Points proposed by reviewer: 78

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová