废旧锂离子电池的存量和增量十分巨大了,不论是从环境保护角度还是从循环经济角度,有效处理并回收这些废旧电池从而实现资源循环意义重大。废旧电池预处理的重点在于材料回收及环境影响两个方面,在材料回收方面,大规模工业化应用仍存在--些挑战,比如成本、安全性、能耗、回收效率、产品的价值及环境影响等,日前的材料回收方法中,针对正极材料的直接回收和湿法冶金是较为实用的两种方法。废旧锂电池回收处理设备回收流程及关键技术分析:
放电处理旨在尽量减少废旧电池的电量,降低拆解和粉碎过程中发生起火及爆炸的风险,常用的方法包括溶液放电及电路放电。溶液放电是将废旧电池浸没于水溶液中进行放电,常用nacl、mnso、及feso,等溶液。此方法成本低廉。
热处理可以分为低温及高温处理。低温处理是在进行拆解和粉碎之前,利用液氮对电芯进行冷却。低温处理可以凝固电解液,降低金属锂的反应速度,从而使拆解和粉碎过程更安全。虽然低温处理成本较高,难以大规模应用,但能提升废旧电池的运输、拆解和粉碎的安全性。
拆解分为两个层级:一是将电池组或模块拆解成为单体电池;二是将单体电池进步拆解,得到各种部件和组分。由于电池组、模组及电芯的结构不同,
一层级的拆解往往只能通过人力及手工设备完成。对于电芯没有破损的电池组,主要应注意电气方面的潜在危险;而对于电芯有破损的电池组,还需另外避免有害物质泄露,避免对人身和环境造成危害。第二层级的拆解针对电芯本身,由手工或自动化设备将电芯的外壳打开,然后将外壳、正极片、负极片、隔膜及电解液等分开。如果使用自动化设备,需要提前确定好所拆解电芯的结构和组成信息。为避免产生危险,可以在惰性气体氛围内进行拆解。这一层级的拆解耗时耗力,因此集中在实验室研究,未形,成大规模应用。
粉碎适用于单体电芯或小型模组,该过程主要由旋转式破碎设备完成。粉碎方式包括锤磨、切割及粒化等。日前,粉碎过程没有统- -的标准,电芯种类的差异及粉碎工艺的不同会产生不同成分、尺寸和形状的混合物料,并影响后续分离步骤的难易程度。因此,如果工业化可行的话,可以先对电芯进行拆解,再进行粉碎,使物料更易分离和回收。
分离是对经过拆解和粉碎的物料,进--步通过粒径筛分山、磁力分离、密度分离、泡沫悬浮分离等方法,分离出纯度较高的铜、铝、外壳、隔膜等颗粒以及多种材料混合的杂料。杂料包含正负极活性物质、导电剂粘结剂及少量的铜和铝等,需要进一步分离和物质回收。
废旧锂离子电池由于其结构、组成、使用经历及来源的复杂性和多样性,因此其回收过程较为复杂。虽然不同研究机构和回收企业采用的回收方式不尽相同,但总体可分为两大部分,即预处理和材料回收。由此,本文提出了废旧锂离子电池回收的简要流程,
预处理过程的首要工作是降低废旧电池的危险性,因此要进行放电;其次将电池组拆解为若干模块,再拆解为电芯。拆解过程中可能会产生一些其他材料,比如电池组的结构件、连接件、各种引线、线束以及bms等电子器件。这些材料--般都可以单独回收,因此不必纳人接下来的材料回收流程中。另外,如果电池组结构简单,只有一个模块,则可以直接对这个模块先放电再进行拆解。
在接下来的粉碎与分离中,电芯粉碎所得的混合物料经过分离,得到隔膜、集流体、外壳和以电极材料为主的杂料。杂料中的电极材料在粘合剂的作用下附着在集流体上,或者以大颗粒聚集物形式存在,影响回收的处理效率。因此,在进行材料回收前,必须要利用热处理及化学处理等去除杂料中的有机物,实现杂料分离,从而提高电极材料的回收效率。
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