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中天和自动化:详解废旧锂离子动力电池的回收技术,涨知识(三)

文章来源: 深圳市中天和自动化设备有限公司 人气:2231发表时间:2017-12-13 14:27:29

 中天和自动化:详解废旧锂离子动力电池的回收技术,涨知识(三)

2. 废旧锂离子动力电池回收现状

  对废旧锂离子动力电池回收与处理,目的是有效分离电池各组分,提取纯化电池中的有价金属,同时减小废弃物对环境的污染。在过去的十年时间里,有大量的文献和专利来介绍废旧锂离子动力电池回收 [6][7]。通过对文献资料进行总结,归纳出废旧锂离子动力电池回收过程主要分为以下三个步骤(如图 3 所示):预处理、二次处理和深度处理。

图 3  废旧锂离子动力电池回收工艺流程

  图 3 废旧锂离子动力电池回收工艺流程

  2.1 预处理步骤

  虽然废旧锂离子动力电池到了报废的阶段,但电池中仍然有一部分残余的电量没有被消耗掉,因此在电池资源化回收处理电池之前,需要对电池进行放电处理。

  与其它电池不同,锂离子动力电池的充放电过程中会造成部分金属锂粘附在正负极的表面,金属锂极易与水发生反应生成氢气 H2。此外,锂离子动力电池中含有的电解液遇水会生成有毒的 HF

  鉴于这些情况,在回收电池中有价金属前,需要先对电池进行合适的预处理[8],消除这些潜在的危险。预处理步骤主要包括深度放电过程、破碎、物理分选。

  2.1.1 深度放电过程

  为了避免电池自燃,因此在处理前需要将废旧锂离子动力电池深度放电。目前,深度放电主要包括两种方法,浸泡法和电阻法。

  浸泡法是指将电池浸泡在电解质溶液中,从而促使电池完全放电,常用的电解质溶液是碳酸钠(Na2CO3) 溶液和氯化钠(NaCl)溶液。昝振峰[9]等将废旧锂离子动力电池置于亚硫酸(H2SO3)溶液、 Na2CO3 溶液以及 NaCl 溶液浸泡 24 h。后结果表明,经 NaCl 溶液浸泡后的电池,残余电压低。浸泡法的优点是能够将电池中的剩余电能完全释放出来;同时放电过程中,电池也不会出现过热的现象。缺点是浸泡所需的时间长。

  电阻法是指在锂离子动力电池两端连接电阻或者其它导体,造成电池短路,实现电池完全放电。Krüger [10] 等采用了金属粉末和石墨短路两种方式对废旧锂离子动力电池进行放电。电阻法的优点是放电快且完全;缺点是短时间内会积聚大量的热,导致电池爆炸。

  2.1.2 破碎过程

  废旧锂离子动力电池在进入终的处理之前需要对其进行破碎处理,为后续的处理降低难度[11]。破碎是指破坏电池中各材料的完整形态,甚至进行粉碎和研磨,然后采用选矿、冶金的手段实现各材料的分离和回收 [12][13]

  电池中的电解液极易与水反应,生成有毒的 HF 气体,反应如公式(1)所示:

  因此,为了防止有毒物质 HF 的产生,赵东江等 [14] 将电池打孔置于稀碱水(pH=9~10)溶液中,电池中释放出来的电解液与水反应生成的 HF 被碱液吸收,发生的反应如公式(2)所示:

  再对浸泡后的电池进行破碎处理。 Georgi-Maschlera [15]通过将电池置于液氮中低温处理 4 min,促使电池中各成分失活,然后再进行破碎处理,低温条件下可以有效减弱金属锂和电解液的活性,从而减小其在破碎过程中产生的影响,但该方法成本过高,工业生产中不具有可行性。

  Recupyl 工艺 [16] 将电池置于充满氩气和二氧化碳的惰性气体中破碎,这种方法有效避免金属锂和电解液与水接触,从而破碎过程中不会生成 HFBatrec 工艺 [12] 先将废旧锂离子动力电池的各成分一一分开,然后将得到的各成分分别置于二氧化碳气氛中粉碎,电池中残余的金属锂会与二氧化碳气体反应,从而减少其在破碎过程中带来的危害。

  由于破碎过程不可能在完全密闭的环境下进行,破碎过程中有机物的挥发会污染生产线周边的环境,从而危害工人健康[17]。

  2.1.3 物理分选过程

  物理分选过程主要用来分选破碎后电池碎片中的外壳和隔膜。根据外壳和隔膜与正负极比重、可浮性、磁性等性质的差异,采用不同的物理分选的方式分选出外壳和隔膜。

  Shin [18]提出了一个新的处理废旧钴酸锂电池的方法。采用破碎、筛分、磁选、细磨以及重力分选等方式,将电池碎片中的各成分分开,从而分离回收外壳和隔膜。Bertuol [19]将水力淘洗法运用于废旧钴酸锂电池处理:首先,用棒磨机将电池研磨至 10 mm 以下,将研磨后的电池碎片置于筛孔为 0。211mm 的振动筛中,筛下物为 LiCoO2 和石墨的混合物。将筛上物置于水力淘洗床中,水力淘洗与振动筛分作用相结合,将电池碎片中各成分一一分离,后可分别得到正极、负极、隔膜、外壳。

  通过物理分选优先回收隔膜和外壳,得到的正负极在破碎过程中由于机械物理作用会造成部分正负极材料从基底上脱落下来,但是大部分材料还附着在基底上。因此,我们要对破碎后的电池碎片进行二次处理。

  

此文关键词:锂离子动力电池,废旧锂离子动力电池

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