动力电池回收

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1、自动化的动力电池拆解装备1动力电池回收意义电动电池是指具有较大电能容量和输出功率，克配置电动自行车、电动汽车、电动设 备及工具驱动电源的电池。国内外动力电池的研发种类大致为：铅酸蓄电池、镍氢电池、 锂电池、燃料电池等。动力电池之所以成为当今世界的研究热点，主要是由于私家汽车的 大量增加，环境污染的日益加剧，同时石油资源匮乏，迫使各国寻找新的能源，发展新的 交通工具，因此，动力电池和动力交通工具的发展被放在更加重要的位置，电动自行车和 电动汽车成为动力电池的主要消费对象。目前，电动自行车年产销量超过2000万辆，市场保有量超过1.3亿辆。因此，最起 码要配套1.3亿组电池给电动自行车市场。据保守

2、估计，其中使用铅酸电池的超过1.27 亿辆，铅酸电池占97.5%以上的电动自行车用动力电池的份额；预计到2012年底，我国 的新能源汽车产量将达到100万辆（2010年之前，汽车动力电池的主流是是镍氢电池， 2010年之后，锂电池将逐渐取代镍氢电池的主流位置）。因此，最起码要配置100万套 电池给电动汽车市场。2动力电池主要类型的结构（1）铅酸蓄电池铅酸动力蓄电池的基本构造为：铅酸蓄电池的极板主要有涂膏式极板，管式极板， 化成式极板，半化成式极板。活性物质：正极主要成份为二氧化铅，负极主要成份为绒 状铅。隔板是由微孔橡胶、颜料玻璃纤维等材料制成。电解液是由浓硫酸和净化水（去 离子水）配制而成的

3、。电池壳、盖是装正、负极板和电解液的容器，一般由塑料和橡胶 材料制成。其结构如下图所示。铅酸动力蓄电池特点是大电流放电性能良好，价格低廉。壳体盖缺点是比能量低，主要原材料有污染。汇流导体单帘图1铅酸蓄电池的基本结构（2）鎳氢电池镍氢电池负极是储氢合金，正极是 C-)，用氢氧化钾作为电解质，在正负极之 间有隔膜，共同组成镍氢单体电池，在金属铂的催化作用下，完成充电和放电的可逆反应。其结构如下图所示。玩体CanPositive e eclrode图2镍氢电池的基本结构隔膜/电解液Separator/electrolyte橡皮球安全阀 Safety vent密封圈GasketPVC套管PV( see

4、vc胶带 Tap with tapeprotection(+ )正极端Positive terminal顶部垫片Top washer顶盖Top cap底部垫片nnHom washer负极Negative electrode(-)负极端Neealive termina(3) 锂电池锂电池的负极采用天然球状石墨或片状石墨、人造石墨和层状石墨的锂-碳化合物(二亠)等制造，正极采用磷酸铁锂、锰酸锂、钻酸锂等锂的化合物制造，由于锂的化学 性能活泼，遇到水时会发生激烈的化学变化，必须使用非水性的电解质，一般用匸二、_三、_二_等。其结构如下图所示极耳图3锂电池的基本结构厂：箧:熱:報:後:3动力电池回收的

5、研究现状(1) 目前研究汽车动力电池回收再资源化的研究机构主要有：a、荷兰汽车回收协会ARN下属的分支机构ARN Advisory正在密切监控动力电池回收这 一领域的发展状况；b、美国托斯寇（Toxco）公司目前掌握锂电池回收技术，也正在加紧研究电动汽车电池回收 和再资源化；c、日本矿业金属公司也在计划从废旧的电动汽车电池中回收锂资源，计划在其研发中心 建立一个实验工厂，2011年初开展此项业务；d、美国杜克能源与日本伊藤忠集团也签署协议，将共同着手开展电动汽车电池回收利用 的评估与测试工作。（2）目前废旧电池回收处理方法：1）火法回收，所谓火法，也叫烟法或干法，就是对废旧电池进行破碎后，再放

6、入焙烧炉中 在600 800C下焙烧，从排出的气体、烟气、残渣中分离提纯不同金属。郎电池貓能+回收金属轧鼠需等图4废旧电池火法回收的一般工艺流程国内外对火法回收的研究主要有：a. 欧美发达国家：铅酸电池经破碎后分选出栅板和铅膏，对铅膏进行脱硫，然后放入高 温电炉中分别进行火法冶炼，得到铅锑合金和金属铅；b. 美国TWCA公司：美国TWCA公司用火法对镍氢电池进行回收，以中间合金方式回 收Ni等金属，所得的合金用于合金钢生成的原材料。c. 日本的住友金属：采用较高温度的电炉对废旧镍氢电池进行冶炼，回收的产品是Ni-Fe合金，没有实现金属镍的分离回收。d. 金村圣志：废旧锂电池放电处理；剥离电池外

7、壳；将电池芯与焦炭、石灰石混合，投 入到焙烧炉中还原焙烧；钻酸锂还原为氧化钻和氧化锂，氧化锂以蒸汽形式存在，用 水吸收；用化学法处理氧化钻和氧化锂，得到高纯度的钻盐。2）湿法回收，所谓湿法，就是将电池分类破碎后，置于浸取槽中，加入酸（碱）等 溶液进行金属浸出，然后过滤残渣。针对不同金属离子的性质，利用萃取剂、沉淀剂等 从滤液中分离出不同的金属。湿法回收过程是靠创造条件来控制物质在溶液中的稳定 性，来实现金属回收。图5废旧电池湿法回收的一般工艺流程国内外对湿法回收的研究主要有：Cole采用（NH4）2CO3对铅膏进行脱硫，用铅粉进行还原，生成PbO和PbCO3；用氟 硅酸（H2SiF6）将其溶解

8、，用Ti作为阳极，铅板作为阴极，对溶液进行电解，回收纯度大于 99.99% 铅粉。Olper M采用的工艺首先用硫酸盐将铅膏中的含铅化合物转化为PbS；然后用氟硼酸 三价铁盐进行氧化浸出；在利用电解方法进行铅的沉积。Jan W采用的工艺首先用热的HCL-NaCL对铅膏浸出，将其转化为PbCl2；将溶液 在阳离子交换隔膜电解池阴极室进行电解沉积铅。陈维平首先采用NaOH为脱硫剂，将铅泥中的PbSO4转化为PbO；然后采用H2SO4 和FeSO4复合还原PbO2，再用溶剂溶解PbO；最后通过电解沉积铅。佟勇颇研究了铅酸电池铅膏固相电解还原回收铅的方法。首先对铅酸电池进行分解， 将粉碎的铅膏与铅粉熔

9、铸混合，放置铁制的阴极架上作为阴极，采用不锈钢板作为阳极， 在60-150g/L的NaOH溶液中进行电解。Zhang Pingweik设计的回收工艺主要包括浸出（3mol/L盐酸，95C） 萃取除杂 （D2EHPA） 一分离稀土（反萃）一镰钻（TOA的煤油有机溶剂）分离及提取等工序。镰 的总回收率为96%，稀土总回收率约为98%，钻的总回收率为98%。Jane Lyman采用的工艺是首先是将Ni-MH电池放到无机酸滤液溶解，可溶性成分进 入滤液，过滤得到不可溶的固态金属。将所得固态金属熔炼得到富含镰的金属粉和金属铁。 往滤液中加磷酸盐可得到稀土元素沉淀，对溶液进行第二次沉淀可得到金属镰等。A.

10、 Boulvie采用的回收工艺为先将电池机械化粉碎，用硫酸及双氧水溶解碎片，形成 稀土的硫酸复盐；进一步提高pH值，形成铁和铝的沉淀；用溶剂萃取法使得非镰、钻金 属分离到有机相中，而镰、钻依然留在液相中；再用有机溶剂分离镰、钻。3）机械法回收，机械法处理过程：将废旧电池用高速旋转粉碎机、筛子、风力摇床及振动筛等设备进行粉碎、筛分，分出树脂材料、金属材料、金属氧化物颗粒和石墨。切碎拆解去除电解液塑料金属碳粉高速旋转粉碎图6废旧电池机械法回收的一般工艺流程国内外对机械法回收的研究主要有:金泳勋采用用立式高速旋转粉碎机破碎锂离子电池，用10目筛子筛分，筛分后的 物质用风力摇床分选，分选出树脂材料和金

11、属材料；用65目振动筛分离金属材料（铝、 铜等）和混合粉末（锂钻氧化物和碳粉）；用浮选法分离锂钻氧化物和碳粉。Toxoco采用的回收工艺是在液氮的保护下，用机械法将废旧锂电池进行破碎；将 破碎后的物质与水混合，生成氢氧化锂，在生成锂盐成为可满足电池工业的锂原料。东芝的Terumu公司采用对电池进行放电处理，用机械法进行破碎；利用金属的磁 性和比重进行干式分选；分选剩下的物质用硫酸和过氧化氢进行溶解，并除去铝和铜杂 质，电解回收氢氧化钻；用碳酸钠回收锂。Churl Kyong采用将废旧锂电池在马弗炉中(100C)进行预处理，然后用高速破碎 机进行破碎；在将破碎的材料放入炉中进行热处理，分离电极材

12、料，在900 C下得到的 为LiCoO2；最后用酸对LiCoO2进行浸出反应。4) 其他回收方法a. 火法和湿学联合回收刘辉：首先利用碳酸钠对铅膏进行湿法脱硫转化，生成分解温度较低的碳酸铅，再 进行火法冶炼，降低了冶炼的温度。b. 直接再生技术日本丰田自行车株式会社：采用含镍等离子的浓硫酸清洁电池内部，在保持一定 的温度下对电池充电，以恢复正负极的容量以及隔膜的亲水性，从而实现对镍氢电池的 再生。(3) 废旧电池自动拆解装备对废旧电池处理的难题是电池的外壳与内芯材料的分离。通过自动拆解原理，能简单、 方便、快捷、高效、低成本地将废旧电池的外壳与内心材料彻底分离，外壳部分可以立即 回炉再利用，内

13、芯材料再回到个金属生产厂家，再利用，对于净内芯材料，整个回收再生 过程就相对简单了，再生资源企业就能有可观的经济效益了。目前废旧电池自动拆解的主 要研究有：南通威锋重工机械有限公司开发了一款蓄电池切割机，具有破碎效率高、解体平稳， 适合各种型号的蓄电池等等优点，工作区域采用全封闭结构，保证了操作工人的人生安全。 如下图所示图7蓄电池切割机比亚迪公司开发了一种能够对废旧锂电池外壳进行拆解破壳机。其主要工作原理是通 过刀具在没有损坏电芯的前提下将外壳划开，实现外壳与内芯材料的分离。具有不伤及电 芯，不会引起短路，废旧铝壳可以方便回收利用，环境污染小等优点。佛山市邦普循环科技有限公司开发了一种废旧电

14、池水刀切割机，包括切割装置、传 送装置和切割平台。该切割机属于冷态切割，不仅可切割任意型号的废旧电池，还可以 切割带电的废旧电池，且不会引起电池发热、起火、爆炸等危险。郭焕林开发了一种废旧电池拆解机，主要包括定位装置、锯切装置和冲芯装置。其 主要工作原理是通过定位装置和切割装置在不损坏内芯的下将电池的端部和尾部切割 掉，再由定位装置和冲芯装置将内芯与电池外壳分离开。山东圣阳电源科技有限公司提出一种废旧铅酸蓄电池拆解的方法是通过热熔塑料 壳使电池槽与电池盖分离,而完整取出板栅单体。其工作原理是通过使用与电池槽、电 池盖封合线部位相对应的电热拆解模具直接插入到电池槽与电池盖的封合线部位 , 解 模

15、具温度控制在400-450，经过8-12秒钟的热熔后，将拆解模具回位并立即将电池盖 与电池槽脱离,从而达到拆解的目的。分离过程对板栅单体性能没有影响,可以大大提高 废旧铅酸蓄电池拆解的铅板回收利用率。5自动化的动力电池拆解装备开发由于目前生产动力电池的厂家众多，电池类型繁杂，电池的外形和安装形式各异， 给回收分类以及工艺的统一性、自动化程度和效率提出了挑战，导致动力电池的自动化 拆解难度大，经济效益差。虽然动力电池不适宜全流程的自动化拆解，但是实现拆解过 程的半自动化是可以实现的，因此自动化的动力电池拆解装备开发包括如下内容：1）开发废旧动力电池的主动识别与分类设备；2）开发废旧动力电池预处理专用设备，涵盖电解液分离、电池盒打开、残余电量释放等;3）开发面向电极无损的废旧动力电池单元拆解技术与装备；4）开发废旧动力电池整体破碎分选技术与装备；二 磷酸铁锂回收传统的铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池本身技术比较成熟，但它们用在汽车上作为 动力电池则存在较大的问题。例如比能、工作电压和有毒有害物质等。目前，越来越多 的汽车厂家选择采用锂电池作为新能源汽车的动力电池。磷酸铁锂电池也是一种锂电池，其比能量不到钴酸锂电池的一半，但是其安全性高， 可快速充电且循环次