Hxdry

廢舊鋰電池回收預(yù)處理方法

分享到：

微信

新浪微博

　　1、預(yù)放電

　　廢舊鋰離子電池中大都?xì)堄嗖糠蛛娏浚谔幚碇靶枰M(jìn)行徹底放電，否則在后續(xù)處理中，殘余的能量會集中釋放出大量的熱量，可能會造成安全隱患等不利影響。廢舊鋰電池的放電方式可以分為 2 種，分別是物理放電和化學(xué)放電。其中，物理放電為短路放電，通常利用液氮等冷凍液對其先進(jìn)行低溫冷凍，后穿孔強(qiáng)制放電。早期，美國 Umicore、Toxco公司采用液氮對廢舊鋰電池進(jìn)行低溫(-198 ℃)放電，但這種方法對設(shè)備的要求較高，不適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用;化學(xué)放電是在導(dǎo)電溶液(多為 NaCl 溶液)中通過電解的方式釋放殘余能量。早期，南俊民等將單體廢舊鋰電池置于水和電子導(dǎo)電劑的鋼制容器中進(jìn)行放電，但由于鋰離子電池的電解液中含有 LiPF6，與水接觸后會反應(yīng)生成毒性很強(qiáng)的 HF，給環(huán)境和操作人員帶來危害，故需要在放電后立即對其進(jìn)行堿浸。

　　2、溶解法

　　溶解法是根據(jù)“相似相溶”的原理，利用正極材料與黏結(jié)劑(多為 PVDF)、鋁箔等雜質(zhì)在有機(jī)溶劑中的溶解性的差異實現(xiàn)分離富集。常選取強(qiáng)極性有機(jī)溶劑溶解電極上的 PVDF，使正極材料從集流體鋁箔上脫落。梁立君選取多種極性有機(jī)溶劑對破碎后的正極材料進(jìn)行溶解分離對比實驗，發(fā)現(xiàn)最佳溶劑為 N-甲基吡咯烷酮(NMP)，在最優(yōu)條件下可以使正極材料活性物質(zhì) LiFePO4及碳的混合物與鋁箔徹底分離; Hanisch 等采用溶解法對經(jīng)過熱處理和機(jī)械壓力分離及篩分過程后的電極進(jìn)行徹底的分選。將電極在 90 ℃下置于 NMP 中處理 10~20 min，重復(fù) 6 次后，電極材料中的粘結(jié)劑可以完全溶解，分離效果較為徹底。溶解法相較于其它前處理方法，操作簡單，同時可以有效提高分離效果及回收速率，工業(yè)化應(yīng)用前景較好。目前，黏結(jié)劑多采用 NMP 溶解分離，效果較好，但因其價格較高、易揮發(fā)、低毒性等不足，從而在一定程度上限制了其在工業(yè)上的推廣應(yīng)用。

　　3、破碎分離

　　破碎分離的過程主要是為了將電極材料與其它物質(zhì)(有機(jī)物等)在機(jī)械作用下通過多級破碎、篩選等分離技術(shù)聯(lián)用，實現(xiàn)電極材料的分離富集，以便于后續(xù)利用火法、濕法等工藝從中回收有價金屬及化合物。機(jī)械分離法是目前普遍采用的預(yù)處理方法之一，易于實現(xiàn)廢舊鋰離子電池大規(guī)模工業(yè)化回收處理。Shin 等通過粉碎、篩分、磁選、精細(xì)粉碎和分類的工序以達(dá)到 LiCoO2的分離富集。結(jié)果表明，在較好的條件下可以提高目標(biāo)金屬的回收率，但由于鋰電池結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過該方法很難將各組分徹底分開; Li 等采用了一種新型的機(jī)械分離方法，提高了 Co 的回收效率同時降低了能耗與污染。對于拆分出的電極材料，在55 ℃水浴中使用超聲波進(jìn)行沖洗和攪拌 10 min，結(jié)果使得 92%的電極材料與集流體金屬分離。同時，集流體可以以金屬的形式進(jìn)行回收。

　　4、熱處理

　　熱處理的過程主要是為了除去廢舊鋰電池中難溶的有機(jī)物、碳粉等，以及對于電極材料和集流體的分離。目前采用的熱處理方式多為高溫常規(guī)熱處理，但存在分離深度低、環(huán)境污染等問題，為進(jìn)一步改善工藝，近年來，對高溫真空熱解法的研究越來越多。Sun 等采用高溫真空熱解的方法將廢舊電池材料在粉碎之前于真空爐中進(jìn)行熱解，以 10 ℃·min-1 的速度升溫至 600 ℃后恒溫30 min，有機(jī)物以小分子液體或氣體的形式分解，可單獨收集后用于化學(xué)原料，同時，經(jīng)高溫?zé)峤夂?，LiCoO2層變得疏松易于從鋁箔上分離，有利于最終無機(jī)金屬氧化物可以有效分離富集;孫亮采用真空熱解的方法預(yù)處理廢舊鋰離子電池正極材料。結(jié)果表明，當(dāng)體系壓強(qiáng)低于 1.0 kPa，反應(yīng)溫度 600 ℃，反應(yīng)時間 30 min 時，有機(jī)粘結(jié)劑可以被基本除去，正極活性物質(zhì)大部分從鋁箔上脫落分離，鋁箔保持完好。相較于常規(guī)熱處理技術(shù)，高溫真空熱解法可單獨回收有機(jī)物，提高資源綜合利用率，同時可以避免有機(jī)材料分解后產(chǎn)生的有毒氣體對環(huán)境造成污染，但對其設(shè)備要求高、操作復(fù)雜，工業(yè)化推廣具有一定的局限性。