锂离子电池材料回收技术探索

2019-09-10 10:20 ? 点击:

2013年,国家层面出台2013-2015年购买金沙与电子竞技汽车补贴标准相关政策,金沙与电子竞技汽车得以快速发展

一、概述

2013年,国家层面出台2013-2015年购买金沙与电子竞技汽车补贴标准相关政策,金沙与电子竞技汽车得以快速发展;2015年,受国家补贴政策影响,金沙与电子竞技汽车产销出现爆发式增长。伴随我国金沙与电子竞技汽车市场的爆发式增长,作为金沙与电子竞技汽车心脏的动力电池用量也是水涨船高。以金沙与电子竞技汽车动力电池使用年限为5-10年算,第一批动力电池回收市场爆发将在2018年左右开始出现,回收市场规模高达50亿元;

二、锂离子电池回收处理技术

锂离子电池由正极、负极、电解液、隔膜、集流体、外壳等部分组成。将电池的正极材料、导电剂及有机黏结剂均匀混合后涂抹在铝箔集流体两侧,将负极材料、导电剂、有机黏结剂均匀混合后涂抹在铜箔集流体两侧,正负极中间用隔膜隔开,均浸在有机电解液中,最后用外壳包裹。废旧锂离子电池在回收之前必须彻底放电确保对人身没有伤害后再进行拆解,除去外壳,分离电极正、负极材料、集流体、电解液等,然后再进行下一步的回收。

1. 锂离子电池外壳的回收

锂电池外壳有钢壳(方型很少使用)、铝壳、镀镍铁壳(圆柱电池使用)、铝塑膜(软包装)等,还有电池的盖帽,即电池正负极的引出端。回收外壳前需对废旧锂电池进行放电预处理后方可拆解,拆解后的塑料及铁外壳可以回收。通常有:机械粉碎与筛分法,即通过机械破碎、过筛、分选出外壳材料;手工拆解,考虑到对人体的伤害情况尽量不采用这种方法;低温冷冻后拆解,该工艺技术非常环保,但只能回收部分金属材料和锂盐,回收效率低,无法对塑料实现有效回收。

2. 负极材料的回收

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锂电池负极材料的种类繁多:①金属材料,如锂金属。②无机非金属材料,主要是碳材料、硅材料及其他非金属的复合材料。③过渡金属氧化物。目前应用较多的是碳、石墨类和非石墨类碳材料。钛酸锂因具有非常优异的循环寿命、安全性和倍率性能,也可作为负极材料在电动汽车上使用,主要的缺点是会降低电池的能量密度。也有一些公司开发用锡合金作负极材料,但仍处于研究阶段,应用较少。导电集流体使用厚度7 ——15μm的电解铜箔,故可以回收其中的铜(含量达35%左右),对于粘附于其上的碳粉,也可回收用作塑料、橡胶等的添加剂。因此,首先得对废锂电池负极组成材料进行有效分离,最大限度地实现废锂电池资源化利用。

通过锤振破碎有效实现碳粉与铜箔间的相互剥离,再根据颗粒间尺寸差和形状差的振动过筛初步分离铜箔与碳粉。铜箔在大于0.250 mm 粒级范围内富集而碳粉在小于0.125 m m 粒径范围内富集,根据粒径不同可直接进行回收利用。

对于粒径为0.125 ——0.250 mm的破碎颗粒,采用气流分选法实现铜与碳粉间的有效分离。通过锤振破碎、振动筛分与气流分选组合工艺可实现废锂电池负极材料中金属铜与碳粉的资源化利用。

3. 电解液的回收

锂离子电池电解液由溶质、溶剂和功能性添加剂构成,溶质为导电锂盐,有机溶剂为不与锂反应额度非质子溶液,并使用少量添加及改善电解液的成膜性能、热稳定性、高低温温度性等。

目前电解液的回收处理方式主要有三种:①不处理 电池的回收通常集中电极材料的回收,对电解液处理并不重视:火法排放含氟废气粉尘等污染物,湿法排放废水含氟化物和有机小分子甲醇、乙醇、甲醛、乙醛等;生物法在有机小分子存在的下,微生物难以存活。

②真空热解 在温度600℃,压力低于1.0kPa下,真空蒸发30min,热解产物主要为碳氟有机化合物,可以防止氟化物的排放造成环境污染,活性物质和集流体基本剥离, 简化回收工艺,提高回收物纯度。 缺点是能耗较高,热解产物(醛、酚)还需进一步无害化处理。 工艺示例见下图所示。

③有机溶剂萃取 通过有机溶剂的溶解作用将电池中的电解液,粘附等有机物溶解,有效的回收了电池内的有机组分,但有机溶剂的使用也带来了一系列的问题。

来源:未知
作者:admin

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