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国网电网废弃物资源化处理技术实验室副主任赵光金:动力电池原材

发布时间:2019-07-03 22:13 来源:未知 编辑:admin

  原标题:国网电网废弃物资源化处理技术实验室副主任赵光金:动力电池原材料应循环利用

  发展电动汽车是减轻大气污染的重要途径之一,已经上升为国家战略。电动汽车推广使用对动力电池有持续巨大的需求。就全国而言,2013年动力使用量超过2900兆瓦时,2014年动力锂电池产量为4396兆瓦时,2015年动力电池市场总产量达到17.0吉瓦时左右。2016年国内锂动力电池市场总产量达到30.5吉瓦时,同比2015年的17.0吉瓦时大幅度增长79.4%。

  根据国内现有纯电动车的运行情况,动力电池的寿命为5年左右,这意味着我国动力电池将逐步进入大规模的报废期,2015年新能源车电池累计报废量约在2万~4万吨,预计2020年前后,我国仅纯电动乘用车和混合动力乘用车的动力电池累计报废量将会达到12万~17万吨的规模。

  随着大量储能及动力锂电池的退役和报废,其健康、环境、安全隐患的累积效应成倍放大,不容忽视,用来制造电池的镍、钴、锂等金属属于不可再生资源。废弃电池若不能有效回收处理,不仅对环境产生巨大污染和危害,也会造成资源浪费。

  开展废旧电池回收利用,实现对储能及动力电池中金属材料的资源化回收,实现电池材料的循环利用,可从总量上减少电池原材料的开发和使用,减少生态环境的破坏,提高资源利用率。有研究结果显示,回收锂离子电池可节约51.3%的自然资源,包括减少45.3%的矿石消耗和57.2%的化石能源。某团队研究得出物理法直接回收工艺制备钴酸锂所消耗的总能量是正常生产工艺的6%。

  根据测算的废旧电池年报废量,电池回收利用每年的市场效益规模在100亿元以上。此外,《节能与新能源汽车产业发展规划(2012~2020)》等文件中也提出支持相关企业开展电池回收,上海市曾出台政策:企业回收动力电池政府将补助1000元/套;深圳则建立动力电池利用和回收体系:每卖一辆车厂商拿出600元、政府拿出300元,用于回收动力电池。政府配套的补贴,使电池回收利用效益更加可观。以年处理5000吨废旧三元锂离子电池及其生产废料的产能规模为例,每年可产生4828万元的利润。

  国外锂电池回收处理主要集中于工艺的规模化验证及技术的市场化推广,采取综合性的技术路线。根据所采取工艺方法的亮点与特色,归纳为如下几类。

  美国Inmetco公司利用电弧炉对废旧锂离子电池进行火法冶炼,回收得到含有钴、镍和铁的铁基合金。而其他金属(如锂)则以炉渣的形式丢弃,有机材料被烧掉,负极材料炭被当作还原剂使用。

  比利时Umicore公司通过特制的熔炉回收锂离子电池制得氢氧化钴/氯化钴,石墨和有机溶剂则作为燃料放出能量,铜、锌、锰和铁则用湿法回收,氯化钴制备电极材料钴酸锂出售。而铝和锂则被丢弃,有机材料和炭则分别被烧掉和当作还原剂使用。

  英国Ricard-AEA公司回收锂离子电池技术路线:通过在低温下破碎后,分离出钢材后加入乙腈作为有机溶剂提取电解液,再以N-甲基吡咯烷酮为溶剂提取粘合剂聚偏氟乙烯,然后对固体进行分选,得到铜、铝和塑料,在氢氧化锂溶液中电沉积回收溶液中的钴,产物为氧化钴。

  德国联邦教研部资助并联合ACCURECRecycling公司和UVR-FIA公司共同开展了一套结合预处理、湿法和火法的电池回收工艺。

  日本Mitsubishi公司采用液氮将废旧电池冷冻后拆解,分选出塑料,破碎、磁选、水洗得到钢铁,振动分离,经分选筛水洗后得到铜箔,剩余的颗粒进行燃烧得到钴酸锂,排出的气体用氢氧化钙吸收得到氟化钙和磷酸钙。

  美国Toxco公司在-198摄氏度下将电池破碎后加入固体氢氧化钠,此时金属锂转化成氢氧化锂,再加入碳酸根使氢氧化锂反应生成碳酸锂。球磨后,粉末在颠选板上洗涤,钴酸锂和碳酸锂等电极材料与塑料分离。此外,Toxco在雀尔的分厂,能处理不同型号、不同化学性质锂电池,60%的原料得到回收、10%的原料得到二次利用。

  美国OnTo公司采 用二氧化碳超临界流体恢复锂离子电池的容量,将电池放在干燥的环境下,调节适当的压力和温度,液态的二氧化碳溶解电池中的电解液转移到回收的容器后改变温度和压力使二氧化碳气化,电解液析出。电解液被循环的超临界二氧化碳携带出来,注入新的电解液后用环氧树脂封口,使电池恢复充放电能力。

  国网河南省电力公司电力科学研究院提出了对动力电池开展梯次利用与回收处理的综合资源化利用思路,涵盖电池无害化处置,主要包括以下内容。

  开发出无损分选检测技术,分选出剩余容量较高的退运电池;建立基于核心关键参量的电池健康状态评估方法体系,进一步筛选出可梯次利用的电池;开发出主被动协同响应的退役电池均衡技术,研制出电池管理系统;基于前述均衡技术及电池管理系统,梯次利用电池经重组集成为储能系统后二次利用,实现延长电池寿命、降低电池及储能成本。该技术已经在国网河南省电力公司尖山试验基地风光储混合微电网和国网青海省电力公司风光水储试验基地中实现示范应用,梯次利用储能系统规模分别为100千瓦/150千瓦时、250千瓦/150千瓦时。

  针对废旧动力电池,探索了工艺简单、低成本、低能耗的电池预处理方法及材料回收技术。首先,利用过热蒸汽高温热解废旧锂电池,实现废旧锂电池中电解液的集中收集;其次,采用物理法实现废旧锂电池中各组分的分离收集,主要利用机械破碎、真空分离、振动筛分、比重分离、气流分离等简单手段,实现废旧锂电池中电极材料、集流体金属、塑料隔膜、电池外壳的分离收集,分离收集过程不引入任何化学试剂,整个过程全部实现自动化,同时对粉尘等进行收集处理;最后,通过化学法,对正极材料中锂或其他金属组分提取回收,并制备成电池材料前驱体,实现资源化利用。该回收处理方法具有回收效率高、绿色低碳、环保节能、便于产业化等特点。

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