Wysokowydajna technologia odzyskiwania cennych metali ze zużytych akumulatorów litowo-jonowych stała się punktem zapalnym badań w kraju i za granicą. Mając na celu aktualny stan technologii odzyskiwania metali wartościowych ze zużytych akumulatorów litowo-jonowych, w pracy przedstawiono metody badawcze obróbki wstępnej i obróbki materiału katodowego w procesie odzyskiwania metali wartościowych oraz dokonano krótkiej oceny zalet i wad różnych metod. W trakcie procesu recyklingu przeanalizowano trudności techniczne, takie jak złożony proces separacji i oczyszczania oraz łatwe powstawanie zanieczyszczeń wtórnych i wskazano, że w ramach działań następczych należy przeprowadzić dogłębne badania procesu recyklingu, zbadać wydajnego procesu recyklingu i uprzemysłowienia trendu rozwoju wyników badań laboratoryjnych.

We współczesnym życiu ludzie powszechnie używają elektronicznych urządzeń komunikacyjnych, takich jak aparaty fotograficzne, kamery wideo, komputery przenośne i telefony komórkowe wykorzystujące baterie litowo-jonowe. Głównymi składnikami akumulatora litowo-jonowego są elektroda dodatnia, elektroda ujemna, separator i elektrolit. Elektroda dodatnia akumulatora składa się z materiału aktywnego elektrody dodatniej, środka przewodzącego, spoiwa, kolektora prądu i tym podobnych. Elektroda ujemna akumulatora składa się głównie z materiału aktywnego elektrody ujemnej i kolektora prądu. Separator z polimeru oddziela elektrody dodatnią i ujemną. Elektrolit pełni funkcję ładowania i rozładowywania akumulatora. Jednak akumulatory litowo-jonowe mają ograniczoną żywotność, zwykle mniejszą niż 3 lata. Zużyte baterie zawierają substancje toksyczne, które mogą pogorszyć jakość gleby i wody w środowisku. Dyfuzja tych toksycznych substancji do organizmu ludzi i zwierząt zagraża zdrowiu. Recykling cennych metali może nie tylko poprawić stan środowiska, ale także zwiększyć korzyści ekonomiczne przedsiębiorstw. Dlatego technologia ekologicznego odzyskiwania i ponownego wykorzystania cennych metali w zużytych bateriach litowo-jonowych stała się w ostatnich latach przedmiotem badań naukowych. W niniejszym artykule dokonano głównie przeglądu krajowych i zagranicznych metod technologicznych odzyskiwania i przetwarzania cennych metali w zużytych bateriach litowo-jonowych i oczekuje się na trend rozwoju technologii odzyskiwania. Recykling cennych metali może nie tylko poprawić stan środowiska, ale także zwiększyć korzyści ekonomiczne przedsiębiorstw. Dlatego technologia ekologicznego odzyskiwania i ponownego wykorzystania cennych metali w zużytych bateriach litowo-jonowych stała się w ostatnich latach przedmiotem badań naukowych. W niniejszym artykule dokonano głównie przeglądu krajowych i zagranicznych metod technologicznych odzyskiwania i przetwarzania cennych metali w zużytych bateriach litowo-jonowych i oczekuje się na trend rozwoju technologii odzyskiwania. Recykling cennych metali może nie tylko poprawić stan środowiska, ale także zwiększyć korzyści ekonomiczne przedsiębiorstw. Dlatego technologia ekologicznego odzyskiwania i ponownego wykorzystania cennych metali w zużytych bateriach litowo-jonowych stała się w ostatnich latach przedmiotem badań naukowych. W niniejszym artykule dokonano głównie przeglądu krajowych i zagranicznych metod technologicznych odzyskiwania i przetwarzania cennych metali w zużytych bateriach litowo-jonowych i oczekuje się na trend rozwoju technologii odzyskiwania.

1 Aktualny stan badań w kraju i za granicą

W praktycznych zastosowaniach podstawowe technologie recyklingu dzielą się głównie na dwie kategorie: metodę ogniową i metodę mokrą. Metoda ogniowa to proces ekstrakcji lub oddzielania metali nieżelaznych z materiałów akumulatorowych poprzez ogrzewanie w warunkach wysokiej temperatury zgodnie z właściwościami fizycznymi (temperatura topnienia, prężność pary) różnych metali. Metoda mokra to proces recyklingu, który wykorzystuje kwasy, zasady lub rozpuszczalniki organiczne do ługowania cennych składników metalowych w akumulatorach. Proces recyklingu można z grubsza podzielić na trzy etapy: wstępna obróbka baterii, oddzielenie materiałów aktywnych i odbieraków prądu oraz odzyskiwanie i ponowne wykorzystanie cennych metali.

1.1 Wstępna obróbka zużytych akumulatorów litowo-jonowych

1.1.1 Rozładowanie

Zużyte akumulatory litowo-jonowe mają w sobie moc szczątkową. Aby zapobiec wypadkom podczas wyjmowania akumulatora, rozładuj akumulator przed jego wyjęciem. Metody oczyszczania obejmują metodę fizycznego wyładowania i metodę wyładowania chemicznego. Metoda fizycznego wyładowania wykorzystuje głównie wyładowanie wymuszone w niskiej temperaturze. Ta metoda jest odpowiednia dla produkcji małoseryjnej. Firmy Umicore i Toxco w Stanach Zjednoczonych używają ciekłego azotu do wstępnej obróbki akumulatora w niskiej temperaturze i bezpiecznego rozbicia akumulatora w temperaturze -198 ℃, ale ta metoda wyższe wymagania dotyczące sprzętu. Metoda rozładowania chemicznego wykorzystuje głównie elektrolizę do rozładowania. Elektrolit to głównie roztwór chlorku sodu. Po umieszczeniu akumulatora w roztworze, dodatnie i ujemne elektrody akumulatora są zwarte w cieczy przewodzącej, a całkowite rozładowanie akumulatora jest szybko realizowane. Wadą tej metody jest to, że stężenie i temperatura elektrolitu wpłyną na szybkość rozładowania akumulatora, a cenne metale w akumulatorze rozpuszczą się w przewodzącej cieczy, zmniejszając szybkość odzyskiwania metalu. Jednocześnie roztwór zawierający cenne metale ma silne zanieczyszczenie, co utrudnia odzyskiwanie i zwiększa koszty odzysku.

1.1.2 Demontaż i łamanie

W laboratorium, ze względu na niewielkie rozmiary baterii, większość baterii jest demontowana i rozdzielana ręcznie. W rzeczywistej produkcji do demontażu baterii często stosuje się metodę kruszenia mechanicznego. Jedną z metod kruszenia mechanicznego jest metoda mokra. Metoda mokra wykorzystuje różne roztwory kwasów i zasad jako medium przenoszące do przenoszenia jonów metali z materiału elektrody do roztworu ługującego, a następnie poprzez wymianę jonową, strącanie, adsorpcję i inne środki jony metali są usuwane z roztworu w postaci soli, tlenków itp. wyekstrahowanych. Technologia recyklingu na mokro jest stosunkowo złożona, ale stopień odzysku cennych metali jest stosunkowo wysoki. Jest to obecnie główna technologia przetwarzania zużytych akumulatorów niklowo-wodorowych i akumulatorów litowo-jonowych. Wang Yuansun i inni próbowali namoczyć baterię w rozcieńczonej wodzie alkalicznej, a następnie ją rozbić. Ta metoda może zmniejszyć produkcję HF, ale nie może skutecznie odzyskać elektrolitu zawierającego fluor, który łatwo powoduje wtórne zanieczyszczenie. Inną metodą jest metoda sucha. Metoda sucha obejmuje głównie metodę sortowania mechanicznego oraz metodę pirolizy wysokotemperaturowej (lub metodę metalurgii wysokotemperaturowej). Metoda sortowania mechanicznego ma zalety krótkiego procesu odzysku i dużej przydatności odzysku, który jest wstępnym etapem realizacji separacji i odzysku metali. On i in. porównali różne skutki mokrych i mechanicznych metod sortowania na recykling i utylizację zużytych akumulatorów litowo-jonowych. Wyniki pokazują, że kruszenie metodą mechanicznego sortowania nie rozbije komponentów akumulatora na drobne cząstki, które łatwo się ze sobą mieszają, a stopień odzysku jest wyższy. Jednak mechaniczna metoda sortowania nie może całkowicie oddzielić składników w zużytym akumulatorze litowo-jonowym. Ludzie próbują stosować metodę pirolizy wysokotemperaturowej, czyli podgrzewanie akumulatora w piecu muflowym w celu usunięcia rozpuszczalnika organicznego z akumulatora. Joo i in. stosował sortowanie mechaniczne i pirolizę wysokotemperaturową, aby skutecznie odzyskiwać kobalt i lit ze zużytych akumulatorów litowo-kobaltowych. Jednak piroliza wysokotemperaturowa może również powodować negatywne skutki, takie jak wytwarzanie szkodliwych gazów podczas obróbki wysokotemperaturowej, które mogą łatwo powodować wybuchy, dlatego konieczne jest zainstalowanie urządzenia oczyszczającego. mechaniczna metoda sortowania nie może całkowicie oddzielić komponentów w zużytym akumulatorze litowo-jonowym. Ludzie próbują stosować metodę pirolizy wysokotemperaturowej, czyli podgrzewanie akumulatora w piecu muflowym w celu usunięcia rozpuszczalnika organicznego z akumulatora. Joo i in. stosował sortowanie mechaniczne i pirolizę wysokotemperaturową, aby skutecznie odzyskiwać kobalt i lit ze zużytych akumulatorów litowo-kobaltowych. Jednak piroliza wysokotemperaturowa może również powodować negatywne skutki, takie jak wytwarzanie szkodliwych gazów podczas obróbki wysokotemperaturowej, które mogą łatwo powodować wybuchy, dlatego konieczne jest zainstalowanie urządzenia oczyszczającego. mechaniczna metoda sortowania nie może całkowicie oddzielić komponentów w zużytym akumulatorze litowo-jonowym. Ludzie próbują stosować metodę pirolizy wysokotemperaturowej, czyli podgrzewanie akumulatora w piecu muflowym w celu usunięcia rozpuszczalnika organicznego z akumulatora. Joo i in. stosował sortowanie mechaniczne i pirolizę wysokotemperaturową, aby skutecznie odzyskiwać kobalt i lit ze zużytych akumulatorów litowo-kobaltowych. Jednak piroliza wysokotemperaturowa może również powodować negatywne skutki, takie jak wytwarzanie szkodliwych gazów podczas obróbki wysokotemperaturowej, które mogą łatwo powodować wybuchy, dlatego konieczne jest zainstalowanie urządzenia oczyszczającego. stosował sortowanie mechaniczne i pirolizę wysokotemperaturową, aby skutecznie odzyskiwać kobalt i lit ze zużytych akumulatorów litowo-kobaltowych. Jednak piroliza wysokotemperaturowa może również powodować negatywne skutki, takie jak wytwarzanie szkodliwych gazów podczas obróbki wysokotemperaturowej, które mogą łatwo powodować wybuchy, dlatego konieczne jest zainstalowanie urządzenia oczyszczającego. stosował sortowanie mechaniczne i pirolizę wysokotemperaturową, aby skutecznie odzyskiwać kobalt i lit ze zużytych akumulatorów litowo-kobaltowych. Jednak piroliza wysokotemperaturowa może również powodować negatywne skutki, takie jak wytwarzanie szkodliwych gazów podczas obróbki wysokotemperaturowej, które mogą łatwo powodować wybuchy, dlatego konieczne jest zainstalowanie urządzenia oczyszczającego.

1.2 Separacja materiałów aktywnych i odbieraków prądu

Oddzielenie materiału aktywnego elektrody dodatniej i kolektora prądu z folii aluminiowej wykorzystuje głównie dwie metody, w tym rozpuszczanie rozpuszczalnika organicznego i rozkład w wysokiej temperaturze. Wyładowanie rozpuszczalnika organicznego wykorzystuje głównie rozpuszczalnik organiczny do rozpuszczenia PVDF, dzięki czemu materiał aktywny elektrody dodatniej i kolektor prądu są rozdzielone. Zeng wykorzystuje NMP do nasączenia arkusza elektrody, co skutecznie oddziela aktywny materiał i kolektor prądu w baterii. Yang rozpuszczono w rozpuszczalniku organicznym DMAC (N,N-dimetyloacetamid), a spoiwo na kolektorze prądowym usunięto w warunkach procesu 100°C i 60 min. Jednak cząstki materiału czynnego otrzymane tą metodą odzyskiwania są małe, oddzielanie ciało stałe-ciecz jest trudne, a nakłady na odzysk są duże. Piroliza to oddzielanie materiałów katodowych i ciał aktywnych w wysokich temperaturach. Daniel i in. przyjęli metodę obróbki w wysokiej temperaturze w środowisku próżniowym w celu rozkładu materii organicznej w kolektorze prądu w wysokiej temperaturze (600 °C), a część materiału elektrody dodatniej na materiale elektrody dodatniej została oddzielona od folii aluminiowej. Gdy temperatura była wyższa niż 650 °C, folia aluminiowa i elektroda dodatnia Wszystkie materiały są ziarniste i zmieszane ze sobą. Ta metoda wytwarza szkodliwe gazy i zanieczyszcza powietrze. a część materiału elektrody dodatniej na materiale elektrody dodatniej została oddzielona od folii aluminiowej. Gdy temperatura była wyższa niż 650 °C, folia aluminiowa i elektroda dodatnia Wszystkie materiały są ziarniste i zmieszane ze sobą. Ta metoda wytwarza szkodliwe gazy i zanieczyszcza powietrze. a część materiału elektrody dodatniej na materiale elektrody dodatniej została oddzielona od folii aluminiowej. Gdy temperatura była wyższa niż 650 °C, folia aluminiowa i elektroda dodatnia Wszystkie materiały są ziarniste i zmieszane ze sobą. Ta metoda wytwarza szkodliwe gazy i zanieczyszcza powietrze.