锂离子电池的环保回收

Duesenfeld 通过已获专利的工艺将机械、热力和湿法冶金过程结合在一起。这种工艺可以在微小的能源成本下实现最高的材料回收率。这是通过低温过程控制实现的,期间不会形成有毒的氟化氢。在机械处理步骤中不需要进行废气洗涤。在湿法冶金中将会有针对性地、安全地去除氟化物。

Duesenfeld 的回收过程是独特的,除了普通的金属外,还能回收石墨、电解质和锂。材料回收并不意味着将相关材料申报为建筑材料,例如用于道路建设,而是以高回收率回收最高可达到电池级的优质二次原材料。相对于原材料的一次回收,在通过 Duesenfeld 回收过程进行二次原材料的生产时,每回收一吨电池可节省 8.1 吨 CO2 3)4)。相对于普通的熔化过程,Duesenfeld 工艺每回收一吨电池可节省 4.8 吨 CO2 3)5),而相对于包含废气洗涤的机械工艺,每回收一吨电池可节省 1 吨 CO21)。

碳减排对比
相对于3) 4) 5) 6) 的节省量

仅当可利用 Duesenfeld 工艺进行回收时,电动汽车才是环保的

电动汽车为减缓全球变暖而节省 CO2 的现状,不得因不合适的电池回收而被破坏。Duesenfeld 的环保工艺在机械回收中不会形成 CO2,不必填埋有毒的过滤材料。

对于锂离子电池来说,Duesenfeld 工艺通过机械处理获得的材料回收率是传统回收方法的两倍多。辅以湿法冶金过程,几乎可以实现完全回收。报废电池通常被划分为危险物品一类,需要在电池运输容器中进行运输。通过在现场用模块化回收设备进行机械处理将电解质与其他材料分离,形成的产物不再需要专门的危险物品运输容器。将会在标准容器中运输这种中间产物,因此,每辆卡车可以运输 7 倍的数量。由于减少了危险物品的运输,节省了大部分的电池总回收成本。

Duesenfeld 回收工艺的回收率
Duesenfeld 回收工艺的回收率

我们的目标是尽可能完全收回电池材料。Duesenfeld 通过机械回收方法实现了一个 72% 的回收率,通过用 Duesenfeld 湿法冶金工艺处理黑色物质将材料回收率提高到了 91%。暂时只有分离膜和电解质的高沸物成分无法回收。因此,Duesenfeld 可以达到远远高于现行欧盟电池指令 2006/66/EC 的要求。

电池格层面(不包含电池壳体、紧固系统、螺纹套管接头、电缆和电子设备)上回收率的对比
电池格层面(不包含电池壳体、紧固系统、螺纹套管接头、电缆和电子设备)上回收率的对比

用于回收锂离子电池的创新过程链

创新的 Duesenfeld 过程链专门开发用于锂离子电池,并且受大量专利的保护。通过 Duesenfeld 这种机械处理与湿法冶金的独特组合以及放弃高温过程,可以实现电池材料的全面回收。由此让 Duesenfeld 成为了锂离子电池回收领域的技术引领者。

机械处理

由于可燃的电解质和危险的成分,锂离子电池的机械处理是一项艰巨的任务。为了安全进行处理,Duesenfeld 开发了一种能够排除过程中特定危险的工艺并且已获专利。

在完成放电并拆卸之后,在惰性气体环境中粉碎电池,并通过真空蒸馏回收粉碎物中电解质的溶剂。低过程温度抑制了有毒气体的形成,因此,不需要废气洗涤。分离的溶剂会为了进一步的处理而进入化学工业中。

根据粒度、密度、磁性和电气特性等物理特性将干燥后的粉碎物划分成不同的材料组分,然后进行进一步的冶金加工。铁、铜和铝组分将被送到已建立的回收路径中。为了处理电极活性材料和导电盐中所包含的、所谓的黑色物质,Duesenfeld 开发了一种湿法冶金工艺。利用这种已获专利的工艺,可以从黑色物质中回收金属钴、锂、镍和锰以及石墨。

收集容器中的回收电解质
收集容器中的回收电解质

湿法冶金

在目前大多数用于处理黑色物质的湿法冶金过程中,仅会回收钴和镍。在该过程中,锂、锰和石墨会丢失,离开材料循环。Duesenfeld 开发了一种独特的工艺并且已获专利,这种工艺可以通过生产电极活性材料的电池级原材料实现完全回收。

回收的石墨
回收的石墨

含氟导电盐是黑色物质湿法冶金处理中的一项特别挑战,它在湿化学处理中可能导致形成氟化氢。Duesenfeld 通过一个已获专利的、专门的预处理步骤在浸出之前完全去除了氟化物,由此就可以可靠防止氟化氢的形成。在去除氟化物之后,对金属进行浸出处理,由此与石墨分开。借助不同的提取工艺将锂、钴、镍和锰相互分离,进行提纯,然后以盐的形式进行回收。在生产新的负极活性材料时,盐被用作原材料。


3) 审查式生命周期评估方法 (Screening LCA),机床和生产技术研究所 iWF,布伦瑞克工业大学,LCA Duesenfeld 过程,博士工程师 - 克里斯托弗·赫尔曼

4) 韦内特,G.,鲍尔,C.,斯图宾,B.,莱因哈特,J.,莫雷诺-鲁伊斯,E.,和威德玛,B.,2016 年。ecoinvent 数据库版本 3(部分 I):概述和方法。国际生命周期评估杂志,[在线] 21(9),pp.1218–1230. 下载网站 http://link.springer.com/10.1007/s11367-016-1087-8,版本:Ecoinvent 3.6 cut-off

5) 生态研究所协会生态平衡 LibRi,2011 年,未来电动汽车高效电池可行回收方案的开发 – 生态研究所协会生态平衡 LibRi,2011 年,未来电动汽车高效电池可行回收方案的开发 – LiBRi https://www.oeko.de/uploads/oeko/oekodoc/1499/2011-068-de.pdf

6) 基础:为了保证结果的可比性,针对计算 3) 做出了与计算 5) 相同的假设,包含锂的回收和电池壳体的回收利用。普通电池成分参见来自项目 LiBRi/LithoRec 的 LCA Umbrella 分组。两种回收工艺的计算都是根据一次原材料回收进行的,均没有“CO2 包袱”(第一责任原则)。