新能源锂电池回收生产线机器人技术创新应用淺谈(续)

 

3、废弃锂电池中贵重金属的普通回收方法及将金属钴回收并重新利用到电池领域的方法介绍。

1）本内容包含三个部分：

（1）废电池的前处理；

（2）有价金属的分离与回收；

（3）有价金属的重新利用；

 

2）目前锂离子电池重金属的回收工艺：随着锂离子电池在储能和电动车领域的成功应用，锂离子电池的回收和再利用成为人们必须要面对的问题；目前我国锂离子电池回收企业大多规模较小，工艺技术比较落后，并且多数企业只回收其中的钴、镍和铜等价值较高的金属，不注重电解液的回收，回收过程极易造成二次污染：

 

（1）为LiCoO₂正极材料的锂离子电池能与氧化物、水或酸等发生强烈的反应，燃烧或分解产生有毒的锂、钴氧化物，而重金属钴污染使环境的PH升高；

（2）以石墨碳材和嵌锂为负极材料。碳材不仅可以与强氧化剂发生反应，生成CO、CO₂，在粉尘和空气中的混合物遇到火源或者热源发生爆炸，也造成粉尘污染；而石墨也与强氧化剂同样可以发生反应，生成CO、CO₂，造成粉尘污染；

（3）嵌锂可与水作用生成强碱，也可与氧气、氮气、CO₂和酸等反应，从而使环境的ph升高;锂离子电池的电解质盐LiPF₆遇水会生成HF,而HF是有剧毒的，氟污染物会使环境的PH升高，且LiPF₆也可与强氧化剂反应，燃烧产生五氧化二磷等有毒物质，必须得妥善处理。

3）锂离子电池重金属的湿法回收工艺介绍

(1)废电池的前期处理：为了避免因拆解不当而引起的事故，拆解之前将废旧电池放到1.5mol/LNaCl溶液。

(2)有价金属的分离与回收工艺

A.碱浸工艺的研究；

B.沉铝工艺的研究；

C.酸浸工艺的研究；

D.沉钴工艺的研究；

E.沉锂工艺的研究

*碱浸工艺，用1.5mol/LNaOH 溶液当为最佳溶解浓度；

*沉铝工艺，将溶液的pH值控制在5.2左右，使Al³⁺完全沉淀；

*酸浸工艺，用2.0mol/LHCl溶液当为最佳酸浸浓度；

*沉钴工艺，溶液pH控制在8.5以上，将钴离子完全沉淀。

*沉锂工艺，利用Li₂CO₃微溶于水，但在乙醇与丙酮中却不溶的这一性质，为使Li+尽量沉淀完全。

(3)回收产物的重新利用

A.碳酸钴制备工艺；

B.四氧化三钴制备工艺；

C.钴酸锂的工业制备工艺。

*对于碳酸钴的制备，一定要控制好Co₃O₄前驱体CoCO₃的粒度在22~23μm之间，才能使Co₃O₄的D₅0粒度在18.4~19.5μm之间以保证CoCO₃的粒度满足工艺要求。*四氧化三钴的制备工艺中，确保Co₃O₄的D₅0粒度在18.4~19.5μm之间。

*钴酸锂的工业制备工艺要注意合成钴酸锂的实验条件：选用的锂盐，温度和时间；实验测得700~800℃马弗炉中高温煅烧2~3h的条件下合成钴酸锂是最合适的。

4）各工艺的最佳条件

（1）废电池预处理工艺：采用1.5mol/LNaCl溶液放电；

（2）碱浸工艺：1.5mol/LNaOH 溶液当为最佳溶解浓度；

（3）沉铝工艺：将溶液的pH值控制在5.2左右，使Al³⁺完全沉淀；

（4）酸浸工艺：用2.0 mol/LHCl 溶液当为最佳酸浸浓度；

（5）沉钴工艺：溶液pH控制在8.5以上，将钴离子完全沉淀；

（6）碳酸钴粒及四氧化三钴度的粒度分别控制在22~23μm、18.4~19.5μm之间。

5）主要工艺流程图

 

4、废旧锂电池回收研究现状及关键技术

1）锂电池的生命周期一般包括生产、使用、报废、分解以及再利用；特别是其中车用动力电池的电池容量降低为80%后，其充放电性能将不能满足汽车行驶的要求，需要报废；此类锂电池除了化学活性下降外，电池内部的化学成分没有发生改变，电池容量低于60%不再具有使用价值；因此可将电池容量在60%—80%范围内的电池重组，梯次应用于电能要求更低的场合；对于再利用循环寿命较小以及容量低于60%的动力电池进行拆解回收，提取出有价值的金属和材料，应用于电芯、模块、系统的生产，使动力电池整个生命周期形成一个闭环状态；因此锂电池回收方式一般为：梯次利用+拆解回收

2）随着科技的发展，锂电池废旧回收设备给人们带来了便利，但同时也带来了负担，即随着锂电池废旧回收设备的使用，对环境污染也会产生很大的影响；因此，重要的是要采取有效的措施来保护环境，提高锂电池废旧回收设备的回收率，减少环境污染，废旧锂电池回收处理设备的关键技术及分类如下：

（1）智能回收机：智能回收机是一种机器，它可以实时监控锂电池废旧回收设备的回收状态，根据实时的回收数据进行分析，以便更好地提高回收率。此外，智能回收机还可以自动收集和存储回收设备的废旧细节，便于查看。

（2）机器人技术：机器人技术可以提高锂电池废旧回收设备的处理效率，由于机器人技术的出现，可以有效减少人工处理的时间，也减少了废旧回收设备的污染；此外机器人技术还能自动检测废旧回收设备的状态，更有效地处理废旧设备。

（3）物联网技术：:物联网技术可以收集和发布有关锂电池废旧回收设备的信息。它可以实时监控废旧回收设备的状态，并对废旧回收设备进行分析，以及进行智能管理，更有效地提高回收率。

（4）人工智能技术；通过人工智能技术，可以让机器通过学习来模拟人类的行为，从而更好地处理锂电池废旧回收设备。此外，人工智能技术还可以效率提高，减少人工处理的时间，以及提高废旧回收设备回收率。

（5）模型分析技术:模型分析技术可以帮助锂电池废旧回收设备回收的更有效率。它可以根据现有数据模型，对废旧回收设备进行分析从而更有效地提高回收率。

5、锂电池回收技术发展水平及技术瓶颈

1）目前电池有两个回收模式：一个是梯次利用，一个是拆解之后重新做成锂电池的原材料。在激励措施上，国家将在现有资金渠道内对梯级利用企业和再生利用企业的技术研发、设备进口等方面给予支持，鼓励企业不断提升技术水平，节约资源、保护环境。

2）在技术研发方面，国家支持动力蓄电池相关回收利用技术和装备的研发，鼓励废旧动力蓄电池回收企业、梯级利用企业、再生利用企业不断开发和推广新技术。在国际合作方面，国家将鼓励开展电动汽车动力电池回收利用领域的国际交流与合作，支持国家标准的共同制定和协调统一，支持开展具有国际先进水平的示范项目建设。

3）废旧锂离子电池的回收技术目前已经有了重大的突破，但是现有的技术成本高、操作复杂，还能引起二次污染；现有的回收技术只重点关注于正极材料，对于负极来说只是简单的分离和铜箔的回收,碳负极废料并没有有效的修复再用。

 

4）完成废旧锂电池特别是新能源汽车废旧锂电池综合回收智能化生产线关键技术研发对汽车锂电池回收利用技术具有很大的促进作用，将废旧锂离子电池回收处理不仅能够减少对环境的污染，还能够取得相当的经济效益。

5）废旧锂电池复杂性高，拆解不便，退役动力电池复杂程度很高，包括不同类型电池制造和设计工艺的复杂性、串并联成组形式、服役和使用时间、应用车型和使用工况的多样性。比如，电池有方型、圆柱形、软包等不同类型，其叠片、绕组形式也不同，由于集成形式不同，成组后电池包也各异；这些复杂性导致电池回收再利用或者拆解时极为不便；因此在目前自动化水平不高的情况下，多数工序是人工完成的，工人的技能水平可能会影响着电池回收过程中的成品率，同时手工拆解过程中，电池短路、漏液可能导致起火或者爆炸，对人身和财产有潜在安全隐患；回收的锂电池包急需从入库到报废整个过程的智能化生产线装备的导入，从入库、拆机电池包、再到梯次利用或者再生利用，并开展全生命周期溯源管理。

 

 

(未完、待续)