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电动汽车的目标是减少温室气体的排放,工作重心是重新开发整个汽车行业。因此,在全球范围内提高了对于锂离子电池的需求。需要大量钴、锂、锰和镍,开采时,必须使用会危害环境的能源密集型工艺。因此,开发在经济和生态方面合适的回收策略具有决定性的意义。始终需根据垃圾等级寻求回收利用方法。回收所有优质成分、微小的能源需求、避免CO2排放以及有效的过程步骤,是回收锂离子电池时需要注意的要素。
锂离子电池包含两个电极,它们粘有活性材料。除了贵重元素外,例如镍、锰、钴和锂,石墨也是活性材料的重要组成部分。在回收技术中,将活性材料与电池化学物质的混合物称为黑色物质。电极处于一种能够传导离子的溶剂(也被称为电解质)中。它包含六氟磷酸盐负离子PF6-,一种氟化合物,它保证了电池的长期稳定性并实现了高电池电压。所谓的塑料分离膜将正极和负极分开。
电动汽车电池的电池技术结构被一个通常由铝构成的电池壳体包围着。紧固系统与电缆一起可占大型电池系统的50%。考虑的回收率不包含电池壳体,仅涉及电池模块。下文中的对比涉及每年可回收超过10,吨电池的工艺。因此,不考虑可能的变体和中间步骤,例如电池的切割和活性材料的剥离、超声波处理、压力波、粉碎之前电池的冷冻等。
火法冶金在一个熔炉中熔化锂离子电池。将材料暴露在从°C到°C的不同温度范围内,以便分离有机化合物,然后以热学方式进行回收。在升高的温度下熔化金属化合物。使用湿法冶金工艺加工铁、铜、钴和镍,由此形成一种合金。锰、锂和铝等剩余成分将被作为残渣排出。可以使用湿法冶金工艺处理残渣,但非常耗费成本,因此,通常在道路建设中进行重复利用。结论:回收率为32-50%。对于低价电池(例如磷酸铁锂电池)来说,不值得使用这种工艺。为了加热至最高°C,需要耗费非常多的能量。电解质和石墨会燃烧。尽管它们被部分用作还原剂,但会释放大量CO2。在制造CO2密集型过滤材料时需要不同的废气洗涤方法。必须将积累的反应产物填埋到矿坑中。利用火法冶金工艺难以达到欧盟指令中所规定的年的回收率要求-锂85%到90%或铝90%9)。通过添加化学试剂来分离合金,这反过来又要求对形成的废水进行净化处理。可以将回收的硫酸钴和硫酸镍重新用作活性材料。
热解在热解中,会在真空下将电池格加热到一个高°C的温度,由此让电池失活。电解质、塑料膜和粘合剂会燃烧。部分铝会留在黑色物质中。利用该加热步骤将电池打开,大部分情况下会释放由导电盐所形成的氟化氢,因此必须通过不同的废气洗涤方法进行净化。在此会积累有毒的过滤材料,必须将其填埋到矿物填料中。然后对失活的电池格进行粉碎。之后进行材料混合物分离和筛滤,由此回收铝和铜。钴、锰和镍进入进一步的湿法冶金处理中。留在黑色物质中的铝属于杂质。
机械热力学回收让锂离子电池深度放电,并在惰化环境下进行粉碎。真空干燥允许非常低的过程问题,由此避免了有毒气体(例如氟化氢)的形成。不需要废气洗涤,可以无杂质回收电解质。仅凭这一步骤,每吨电池就可以避免1吨CO2。将干燥并粉碎的电池材料相互分离。从中回收分离膜、正极和负极薄膜以及黑色物质。然后将黑色物质送到湿法冶金过程中。可以回收石墨、铜、铝氧化铁、硫化镍/锰/钴以及碳酸锂。