锂离子电池组成
锂离子电池主要依靠锂离子在正负极材料中嵌入与脱逸传递能量。根据适用设备及场所的不同,锂离子电池有圆柱形、长条形和方块等外形,但都含有以下5个部分:正极、负极、电解质、有机隔膜、外壳。
锂电池结构组成及示意图
锂电池主要组成及成本
组成部分 | 成分 | 备注 |
外壳 | 不锈钢、镀镍刚、铝等 | — |
正极材料 | 活性物质(NCM、LFP等)、导电剂、粘结剂 | 活性物质含量约90%,导电剂7~9%;粘结剂3~4% |
正极集流体 | 铝箔 | — |
负极材料 | 活性物质(石墨、钛酸锂等)、导电剂、粘结剂 | 活性物质含量约90%,导电剂4~4%;粘结剂6~7% |
负极集流体 | 铜箔 | — |
电解液 | 电解质钾盐、有机溶剂添加剂 | LiPF6、EC/PC/DMC等 |
锂电池回收的必要性
锂电池对部分金属的依赖性
废弃锂电池的资源性
废弃的锂离子电池具有显著的资源性,含有大量有价金属(钴、锂、镍等),如借以科学的技术手段进行回收利用,可以同时实现环境效益、社会效益与经济效益。
废弃锂电池的污染性
废旧锂离子电池的电极材料一旦进入到环境中,电池正极的金属离子、负极的碳粉尘、电解质中的强碱和重金属离子,将造成重大环境污染:
组成成分 | 主要化学特性 | 潜在环境污染 |
正极材料 | 与水、酸等反应产生有害金属氧化物 | 重金属钴污染改变环境酸碱度 |
负极材料 | 粉尘遇明火或高温发生爆炸 | 粉尘污染 |
电解质 | 强腐蚀性,遇水产生HF等有害物质 | 氟污染改变环境酸碱度 |
电解溶剂 | 水解产生醛和酸燃烧产生CO/CO2 | 有机物污染 |
隔膜 | 可与氟、强酸、强碱等反应产生HF | 氟污染 |
粘合剂 | 燃烧产生CO、醛等 | 有机物污染 |
锂电池回收技术
针对废旧锂离子电池的金属回收工艺主要有物理分选法、火法冶金法及湿法冶金法。
物理分选法
物理分选法是以物料的粒度、密度磁性等物料性能差别为基础的分选方法,主要有筛分、重力分选、浮选、磁选等。
工艺流程图
湿法冶金法
湿法冶金法采用预处理(拆解、破碎、分、选、热处理等)技术使得废弃锂离子电池的集流体与电极材料分离,在用沉淀法、萃取法、离子交换法、电沉积法等方法分离提纯钴。
工艺流程图
火法冶金法
火法冶金法需要剥去电池外壳,将电池内芯与焦炭、石灰石混合,经还原焙烧,得到金属锂、钴、镍、铝等组合成碳合金;电解质中的氟、磷等被固化在炉渣中,可用于建筑材料或混凝土的添加剂。然后进行深加工处理,整个过程在高温下完成。
工艺流程图
金属回收工艺对比
工艺方法 | 优势 | 劣势 |
物理破碎法 | 设备工艺简单 | 人工强度大,容易损坏有价金属 |
湿法冶金法 | 将机械加工方法代替了传统的加热处理方法回收效率高,减少二次污染物,环境污染小 | 湿法生产过程添加了强酸、强碱、大量氨水等,如处理不当,会对空气、水、土壤造成污染 |
火法冶金法 | 工作原理简单、操作简便,可实现99%以上的高效率,产量高 | 需要较高的能耗以及产生大量的废气 |
针对火法冶金法存在能耗高、回收有价材料困难、废气难以治理等行业共性问题,顶立科技采用独特的污染物控制技术,研制了废弃锂电材料清洁回收处理系统。
顶立科技研制的废弃锂电材料清洁回收处理系统
技术特征:
◆ 自动化连续式生产,处理效率高;
◆ 原料热解完全,余热利用率高,运行能耗低;
◆ 连续低温无氧热解生产工艺,可实现电解液低温挥发无害化处理;
◆ 整个处理过程采用独特的污染物控制技术,无二次污染;
◆ 有价金属材料回收率达90%以上。
工艺流程图