新能源汽車電池及管理系統(tǒng)檢修 課件 項目六 新能源汽車動力蓄電池廢棄處理

新能源汽車電池及管理系統(tǒng)檢修新能源汽車動力蓄電池廢棄處理PART6【案例１】格林美股份有限公司(以下簡稱格林美)于2001年在深圳注冊成立，是全國領(lǐng)先的廢舊電池電子回收利用及報廢汽車循環(huán)利用企業(yè)，湖北荊門市格林美新材料有限公司(以下簡稱荊門格林美)是其從事廢舊鋰離子動力蓄電池再生利用的核心主體，荊門格林美建有10萬噸/年的電池回收處理生產(chǎn)線，主要回收處理廢舊消費鋰離子蓄電池、電池企業(yè)的生產(chǎn)廢料、廢棄鈷、鎳資源及電子廢棄物等，可循環(huán)再造電池材料2萬噸/年，硫酸鎳4萬噸/年，電解銅8000噸/年。情景導入目前，荊門格林美再生利用生產(chǎn)線車間包括預處理車間、浸出車間、萃取車間、電池材料車間、合成車間、熱解車間、稀貴車間、廢水車間、廢渣處理車間等，使用的生產(chǎn)工藝流程圖如圖6-1所示，主要采用濕法冶金技術(shù)對廢舊鋰離子動力蓄電池進行回收。情景導入任務(wù)一

動力蓄電池梯次利用與回收技術(shù)總體認知項目描述學習目標

動力蓄電池梯次利用與回收處于發(fā)展階段，需要對其市場規(guī)模和發(fā)展趨勢進行了解，把握新能源汽車動力蓄電池的廢棄處理總體方向。理論知識一、動力蓄電池退役與報廢規(guī)模

我國新能源汽車自2014年進入爆發(fā)增長階段，按照動力蓄電池4~6年使用壽命測算，2014年產(chǎn)動力蓄電池在2018年開始批量進入報廢期，2020年，我國產(chǎn)生約１２.９ＧＷ.ｈ的退役鋰離子動力蓄電池，預計到2025年將產(chǎn)生59ＧＷ.ｈ退役鋰離子動力蓄電池(圖6-2)，隨著新能源汽車行業(yè)的不斷擴大，動力蓄電池回收市場空間巨大，動力蓄電池報廢高峰期將至，由于磷酸鐵鋰離子蓄電池應用時間較早，或?qū)⒏缑媾R報廢。二、動力蓄電池梯次利用與回收利用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

(１)梯次利用現(xiàn)狀(２)拆解回收現(xiàn)狀2.國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀1.國外發(fā)展現(xiàn)狀三、動力蓄電池梯次利用技術(shù)

隨著電動汽車的使用，動力蓄電池性能逐漸下降，當其不能滿足電動汽車使用要求時，就要從電動汽車上退役下來，隨著電動汽車銷量的快速增長，未來幾年動力蓄電池的退役量也將快速增加，圖6-5為2020~2025年動力蓄電池退役量預測，2022年動力蓄電池退役量將達31ＧＷ.ｈ.2025年將超過９０ＧＷ.ｈ。

動力蓄電池經(jīng)過長期車載使用后，其容量或功率都出現(xiàn)一定程度的下降，為了確保電動汽車的動力性能、續(xù)駛里程和運行過程中的可靠性，就必須從電動汽車上退役。(１)國內(nèi)相關(guān)政策和標準(２)國外相關(guān)政策和標準(１)基于退役電池單體的剩余殘值梯次利用(２)基于退役電池模塊的剩余殘值梯次利用不1.動力蓄電池梯次利用技術(shù)體系框架2.目前主要技術(shù)和存在問題３.國內(nèi)外相關(guān)政策和標準學習小結(jié)１.梯次利用結(jié)束后是拆解回收環(huán)節(jié)，完全報廢的電池同樣具有很高的回收價值，動力蓄電池的拆解回收包括兩種不同的途徑:一種是對金屬的回收，另一種是對化合物的回收。２.退役汽車電池的梯次利用很好地符合了環(huán)境保護的4R原則，即RECYCLE(循環(huán)使用)、REUSE(重復使用)、REDUCE(減少使用)、RECOVER(回收資源或改變環(huán)境)，具有潛在的經(jīng)濟價值及良好的社會價值。３.動力蓄電池梯次利用技術(shù)主要涉及４個方面:①能否用，不是所有的退役動力蓄電池都可以進行梯次利用，在進行梯次利用前，要評估退役動力蓄電池的安全性和剩余殘值是否滿足應用場景對電池性能的要求。②怎么用，不同的退役動力蓄電池具有不同的狀態(tài)，其使用的邊界條件也不相同，研究并確定不同狀態(tài)退役動力蓄電池在梯次利用過程中怎么使用，既要確保電池使用過程中的安全性，又要充分發(fā)揮電池的剩余性能。學習小結(jié)③值得用，梯次利用本身就是對動力蓄電池剩余殘值的利用，因此要評估梯次利用過程中的成本與收益，評估動力蓄電池梯次利用的經(jīng)濟性。④停止用，在梯次利用過程中，動力蓄電池的性能也在不斷衰退，需根據(jù)退役動力蓄電池的性能衰退規(guī)律對其在使用過程中的狀態(tài)進行預判，確定電池性能何時不能滿足應用場景的要求，此時應停止退役動力蓄電池的使用。４.從國內(nèi)外梯次利用技術(shù)的探索和實踐工作來看，過去數(shù)年的研究內(nèi)容主要包括退役電池性能評判、電池的分選與聚類、電池重組、儲能系統(tǒng)集成、應用示范實證等多個技術(shù)環(huán)節(jié)。所采用的技術(shù)路線主要有兩種，１)基于退役電池單體的剩余殘值梯次利用，２)基于退役電池模塊的剩余殘值梯次利用。５.梯次利用實踐仍面臨諸多問題，１)梯次利用過程更為復雜，２)梯次利用電池安全隱患大，３)梯次利用電池殘值評估成本高，４)梯次利用電池重組成本高，５)新電池技術(shù)經(jīng)濟性提高較快。知識鞏固任務(wù)二

動力蓄電池回收處理項目描述學習目標

本任務(wù)主要介紹動力蓄電池機械預處理技術(shù)、動力蓄電池人工預處理技術(shù)、火法冶金回收技術(shù)、濕法冶金回收技術(shù)、生物淋濾回收技術(shù)，讓學生全面的學習預處理技術(shù)和回收技術(shù)。理論知識

鋰離子蓄電池由于其結(jié)構(gòu)復雜性及組分多樣性，通常需要通過預處理工藝以便安全高效地移除殼體，并對其有價值的部分進行收集和分類，有利于后續(xù)高效安全地回收利用，由于回收處理規(guī)模及回收目標的差異，預處理過程主要分為實驗室和工業(yè)兩個級別，實驗室預處理方法以人工預處理為主，主要目的是采用簡單高效的方法從退役電池中獲得活性材料，在人工拆解得到極片后，分離集流體和活性材料的方法有物理分離、有機溶劑溶解、高溫煅燒和堿液溶解等。電池拆解在項目１中已經(jīng)介紹過了，下面重點介紹其他的處理步驟。一、動力蓄電池機械預處理技術(shù)１.粉碎和篩分２.浮選與磁選３.機械化學處理理論知識二、動力蓄電池人工預處理技術(shù)

由于后續(xù)回收處理過程的需求，鋰離子動力蓄電池人工預處理過程的重點集中在分離集流體和活性材料，通常使用四種分離方法，即物理分離、有機溶劑溶解、高溫煅燒和堿液溶解。1物理分離2有機溶劑分解3高溫煅燒4堿液溶解理論知識三、火法冶金回收技術(shù)

傳統(tǒng)火法冶金回收技術(shù)是指在高溫或高溫￣還原性氣氛焙燒條件下，物料經(jīng)歷氧化、還原、分解、揮發(fā)等一系列的物理化學變化?從而得到目標產(chǎn)物的一種手段，在廢棄鋰離子動力蓄電池的回收中，火法冶金回收技術(shù)主要用于有價金屬富集的正極材料回收處理，利用正極材料在高溫或高溫￣還原性氣氛焙燒環(huán)境中晶體結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，將高價態(tài)難溶于酸或水的過渡金屬元素氧化物轉(zhuǎn)化為低價態(tài)易溶于酸或水的氧化物，甚至可將其轉(zhuǎn)化為金屬單質(zhì)或合金，進而將有價金屬富集回收。1.低溫熔鹽焙燒技術(shù)

常規(guī)的火法冶金技術(shù)存在耗能大、有價金屬流失及生成污染性氣體等缺點，基于常規(guī)的火法冶煉技術(shù)。新型復合焙燒技術(shù)通過多種回收技術(shù)耦合的方式，可以有效降低常規(guī)火法冶煉中能源消耗，還可以將易揮發(fā)的鋰金屬進行回收。理論知識四、濕法冶金回收技術(shù)

濕法冶金回收技術(shù)是指將礦石、經(jīng)選礦富集的精礦、電池廢料或其他原料經(jīng)與液相反應體系相接觸，通過化學反應將原料中所含的有價金屬從固相轉(zhuǎn)入液相，然后利用化學沉淀、萃取等方式將溶解于液相中的有價金屬富集分離，最后以金屬鹽化合物的形式加以回收利用的技術(shù)。1.常規(guī)濕法浸出技術(shù)(１)濕法浸出(２)選擇性萃取(３)化學沉淀(４)其他處理方法理論知識2.綠色有機酸浸出技術(shù)

常規(guī)的濕法浸出中，無機酸雖然浸出率較高，但在浸出過程中會產(chǎn)生對環(huán)境不友好的廢水、廢渣和有害氣體，對生態(tài)環(huán)境和人類健康都造成了極大的威脅。電極材料再生１)固相合成法２)水熱合成法３)溶膠凝膠法４)其他回收方法-有機酸浸出１)螯合功能有機酸２)還原功能有機酸３)沉淀功能有機酸４)其他有機酸(２)(１)

理論知識五、生物淋濾回收技術(shù)

生物淋濾是一種既古老而又年輕的工藝技術(shù)，在細菌被發(fā)現(xiàn)之前，生物浸礦提鋁己經(jīng)進行了許多個世紀，當時人們并不知道細菌和生物浸出的存在，僅憑經(jīng)驗進行生物提鋁，?山海經(jīng)?中有“石脆之山，其陰多銅，灌水出焉，北流注于禺，其中多流赤者”的記載。

近年，南京農(nóng)業(yè)大學周立祥教授團隊建立了用于城市污泥重金屬脫除的生產(chǎn)性生物淋濾浸提示范工程，越來越多的研究者嘗試將生物冶金用于不同涉重危廢中有價金屬的浸提回收，尤其是回收價值更高的失效材料類涉重危廢，例如廢舊電池、廢舊電子線路板和失效催化劑等(圖6-15)。學習小結(jié)機械預處理技術(shù):１.粉碎和篩分

為了減少廢舊電池的處理體積并富集有價值的組件，在工業(yè)回收過程中需對分類和拆解之后獲得的大量單體電池或模塊進行粉碎處理。２.浮選與磁選

經(jīng)粉碎和篩分后，廢舊鋰離子動力蓄電池的不同組分已經(jīng)實現(xiàn)了初步分離和富集，基于它們不同的物理特性，包括密度、磁性、熱性質(zhì)、濕潤性和電磁行為等，需要進一步進行分選以去除雜質(zhì)，并提高后續(xù)步驟回收處理效率。學習小結(jié)機械化學處理:

首先將電池廢料磨碎，然后和鋁發(fā)生反應，生成具有水溶性鋰化合物的金屬復合材料，然后再將這些化合物溶解在水中，通過加熱蒸發(fā)水分，來回收鋰，由于機械化學反應可在環(huán)境溫度和壓力下發(fā)生，因此該方法非常節(jié)能，另一個優(yōu)點是它的簡單性，這將有助于在工業(yè)規(guī)模上大規(guī)模使用。人工預處理技術(shù):

對于鋰離子動力蓄電池人工預處理過程，首先要對單體電池進行較為簡單的人工拆解，通常用刀和鋸等工具在密封的手套箱中拆解單體廢舊電池，在鹽溶液中充分放電及用ＤＭＦ(Ｎ，Ｎ￣二甲基甲酰胺)等溶劑回收電解質(zhì)溶液后，人工分離得到電池的正極、負極、隔膜和外殼，拆解過程中僅使用相對簡單的保護措施，如佩戴安全眼鏡