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中天和自動化:詳解廢舊鋰離子動力電池的回收技術,漲知識(三)

文章來源: 深圳市中天和自動化設備有限公司 人氣:3321發表時間:2017-12-13 14:27:29

 中天和自動化:詳解廢舊鋰離子動力電池的回收技術,漲知識(三)

2. 廢舊鋰離子動力電池回收現狀

  對廢舊鋰離子動力電池回收與處理,目的是有效分離電池各組分,提取純化電池中的有價金屬,同時減小廢棄物對環境的污染。在過去的十年時間里,有大量的文獻和專利來介紹廢舊鋰離子動力電池回收 [6][7]。通過對文獻資料進行總結,歸納出廢舊鋰離子動力電池回收過程主要分為以下三個步驟(如圖 3 所示):預處理、二次處理和深度處理。

圖 3  廢舊鋰離子動力電池回收工藝流程

  圖 3 廢舊鋰離子動力電池回收工藝流程

  2.1 預處理步驟

  雖然廢舊鋰離子動力電池到了報廢的階段,但電池中仍然有一部分殘余的電量沒有被消耗掉,因此在電池資源化回收處理電池之前,需要對電池進行放電處理。

  與其它電池不同,鋰離子動力電池的充放電過程中會造成部分金屬鋰粘附在正負極的表面,金屬鋰極易與水發生反應生成氫氣 H2。此外,鋰離子動力電池中含有的電解液遇水會生成有毒的 HF

  鑒于這些情況,在回收電池中有價金屬前,需要先對電池進行合適的預處理[8],消除這些潛在的危險。預處理步驟主要包括深度放電過程、破碎、物理分選。

  2.1.1 深度放電過程

  為了避免電池自燃,因此在處理前需要將廢舊鋰離子動力電池深度放電。目前,深度放電主要包括兩種方法,浸泡法和電阻法。

  浸泡法是指將電池浸泡在電解質溶液中,從而促使電池完全放電,常用的電解質溶液是碳酸鈉(Na2CO3) 溶液和氯化鈉(NaCl)溶液。昝振峰[9]等將廢舊鋰離子動力電池置于亞硫酸(H2SO3)溶液、 Na2CO3 溶液以及 NaCl 溶液浸泡 24 h。后結果表明,經 NaCl 溶液浸泡后的電池,殘余電壓低。浸泡法的優點是能夠將電池中的剩余電能完全釋放出來;同時放電過程中,電池也不會出現過熱的現象。缺點是浸泡所需的時間長。

  電阻法是指在鋰離子動力電池兩端連接電阻或者其它導體,造成電池短路,實現電池完全放電。Krüger [10] 等采用了金屬粉末和石墨短路兩種方式對廢舊鋰離子動力電池進行放電。電阻法的優點是放電快且完全;缺點是短時間內會積聚大量的熱,導致電池爆炸。

  2.1.2 破碎過程

  廢舊鋰離子動力電池在進入終的處理之前需要對其進行破碎處理,為后續的處理降低難度[11]。破碎是指破壞電池中各材料的完整形態,甚至進行粉碎和研磨,然后采用選礦、冶金的手段實現各材料的分離和回收 [12][13]

  電池中的電解液極易與水反應,生成有毒的 HF 氣體,反應如公式(1)所示:

  因此,為了防止有毒物質 HF 的產生,趙東江等 [14] 將電池打孔置于稀堿水(pH=9~10)溶液中,電池中釋放出來的電解液與水反應生成的 HF 被堿液吸收,發生的反應如公式(2)所示:

  再對浸泡后的電池進行破碎處理。 Georgi-Maschlera [15]通過將電池置于液氮中低溫處理 4 min,促使電池中各成分失活,然后再進行破碎處理,低溫條件下可以有效減弱金屬鋰和電解液的活性,從而減小其在破碎過程中產生的影響,但該方法成本過高,工業生產中不具有可行性。

  Recupyl 工藝 [16] 將電池置于充滿氬氣和二氧化碳的惰性氣體中破碎,這種方法有效避免金屬鋰和電解液與水接觸,從而破碎過程中不會生成 HFBatrec 工藝 [12] 先將廢舊鋰離子動力電池的各成分一一分開,然后將得到的各成分分別置于二氧化碳氣氛中粉碎,電池中殘余的金屬鋰會與二氧化碳氣體反應,從而減少其在破碎過程中帶來的危害。

  由于破碎過程不可能在完全密閉的環境下進行,破碎過程中有機物的揮發會污染生產線周邊的環境,從而危害工人健康[17]

  2.1.3 物理分選過程

  物理分選過程主要用來分選破碎后電池碎片中的外殼和隔膜。根據外殼和隔膜與正負極比重、可浮性、磁性等性質的差異,采用不同的物理分選的方式分選出外殼和隔膜。

  Shin [18]提出了一個新的處理廢舊鈷酸鋰電池的方法。采用破碎、篩分、磁選、細磨以及重力分選等方式,將電池碎片中的各成分分開,從而分離回收外殼和隔膜。Bertuol [19]將水力淘洗法運用于廢舊鈷酸鋰電池處理:首先,用棒磨機將電池研磨至 10 mm 以下,將研磨后的電池碎片置于篩孔為 0.211mm 的振動篩中,篩下物為 LiCoO2 和石墨的混合物。將篩上物置于水力淘洗床中,水力淘洗與振動篩分作用相結合,將電池碎片中各成分一一分離,后可分別得到正極、負極、隔膜、外殼。

  通過物理分選優先回收隔膜和外殼,得到的正負極在破碎過程中由于機械物理作用會造成部分正負極材料從基底上脫落下來,但是大部分材料還附著在基底上。因此,我們要對破碎后的電池碎片進行二次處理。

  

此文關鍵詞:鋰離子動力電池,廢舊鋰離子動力電池

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