环保回收锂离子蓄电池

Duesenfeld 将机械、热力和湿法冶金技术相结合,形成了一项经专利认证的工艺。这项工艺在低能耗基础上实现了超高的材料回收率。主要原因在于,其舍弃了蓄电池回收中常用的熔解方式。

Duesenfeld 提供的这项回收工艺具有独一无二的特性,除常见金属外,还可以实现石墨、电解液和锂材料的回收利用。材料的回收利用并不意味着将这些材料划归为建筑材料,例如用于道路建设,而是以高回收率将所有金属回收为高品质再生原材料,甚至是达到蓄电池品质的再生原材料。与初级原材料生产相比1)2),若使用 Duesenfeld 回收工艺生产再生原材料,每回收一吨蓄电池可少排放 8.1 吨 CO2。与传统的熔解工艺相比,Duesenfeld 工艺每回收一吨蓄电池可少排放 4.8 吨 CO21)3)

CO2 减少量对比
CO2 减少量对比1) 2) 3) 4)

在对锂离子蓄电池的回收中,Duesenfeld 工艺采用机械处理的方式,材料回收率是传统回收方法的两倍以上。另外以湿法冶金技术作为补充,几乎可以实现完全回收利用。机械回收过程可以在收集点的 40 英尺容器中以固定式和移动式两种形式进行。报废蓄电池通常被归类为危险品,并被放入蓄电池运输容器中运输。通过现场机械处理,可将电解液与其他物质分离,进而无需使用专门的蓄电池运输容器来运输所得产品。只需使用标准容器即可运输中间产品,这意味着,每辆卡车的运输量可提升至原来的 7 倍。减少危险品运输可以大大降低蓄电池回收总成本。

Duesenfeld 回收工艺的材料回收流程
Duesenfeld 回收工艺的材料回收流程

我们的核心目标在于,尽可能完全回收蓄电池材料。通过机械回收环节,Duesenfeld 实现了 72% 的材料回收率,再辅以 Duesenfeld 湿法冶金工艺处理黑色物质,材料回收率可提高到 91%。目前,仅不能对隔膜和电解液中所含的高沸点物质进行回收。因此,Duesenfeld 的回收工艺水平远远超出了当前欧盟蓄电池指令 2006/66/EC 的要求。

在不包含蓄电池外壳、固定系统、螺栓连接、电缆和电子设备的情况下,蓄电池单元的材料回收率比较
在不包含蓄电池外壳、固定系统、螺栓连接、电缆和电子设备的情况下,蓄电池单元的材料回收率比较

锂离子蓄电池回收的创新工艺链

创新型 Duesenfeld 工艺链专门针对锂离子蓄电池开发,拥有全面的专利保护。Duesenfeld 将机械处理和湿法冶金技术以独特方式进行组合,同时舍弃高温工艺,实现了蓄电池材料的全面循环利用。Duesenfeld 也因此成为了锂离子蓄电池回收领域的技术领导者。

机械处理

由于锂离子蓄电池含有易燃电解液和危险成分,因此其机械处理是一项异常艰巨的任务。为实现安全处理,Duesenfeld 开发了一项可消除过程中特定危害的工艺,并获得了专利认证。

放电和拆卸后,蓄电池在惰性气体中被碎化处理,然后通过真空蒸馏从碎化材料中回收电解液溶剂。过程温度低,可防止形成有毒气体。分离出的溶剂被输送给化学工业,用于后续处理。

根据物理特性(例如晶粒大小、密度、磁和电特性),将干燥的碎化材料划分为不同材料组分,然后对其进行冶金处理。铁、铜和铝组分被送入所搭建的回收线路。为处理所谓的黑色物质(包含电极活性材料和导电盐),Duesenfeld 开发出一项湿法冶金工艺。这项工艺经过专利认证,可以从黑色物质中回收金属钴、锂、镍、锰和石墨。

收集容器中回收的电解液
收集容器中回收的电解液

湿法冶金工艺

当前大多数用于处理黑色物质的工业湿法冶金工艺只可回收钴和镍。在这些工艺中,锂、锰和石墨都流失了,因此未被包含在材料循环之中。Duesenfeld 自主开发出了一套完整的循环体系,可生产出达到电极活性材料蓄电池质量标准的原材料。该套循环体系已获得专利认证。

回收的石墨
回收的石墨

在黑色物质的湿法冶金加工中,存在一个特殊的挑战,即含氟导电盐。它可能会导致在湿法化学处理过程中形成氢氟酸。通过经专利认证的特定预处理步骤,Duesenfeld 在浸出之前完全去除了氟化物,因此能够有效地防止氢氟酸的形成。除去氟化物后,将金属浸出并从石墨中分离出来,然后进行材料回收。采用各种萃取方法使锂、钴、镍和锰彼此分离,然后提纯,并以盐的形式进行回收。这些盐用作生产新的阴极活性材料的初始材料。


1) LCA 筛选,不伦瑞克工业大学 iWF 机床和制造技术研究所,LCA Duesenfeld 工艺,Christoph Herrmann 博士(教授)。

2) G. Wernet、C. Bauer、B. Steubing、J. Reinhard、E. Moreno-Ruiz 和 B. Weidema,2016。The ecoinvent database version 3 (part I): overview and methodology.The Inter-national Journal of Life Cycle Assessment,[online] 21(9),第 1218-1230 页。可访问以下网址获取:http://link.springer.com/10.1007/s11367-016-1087-8,版本:Ecoinvent 3.6 cut-off

3) 德国生态研究协会 LibRi 生态平衡,2011,Entwicklung eines realisierbaren Recycling-konzepts für die Hochleistungsbatterien zukünftiger Elektrofahrzeuge – LiBRi(为未来的电动汽车的高性能蓄电池开发可行的回收方案 - LiBRi)https://www.oeko.de/uploads/oeko/oekodoc/1499/2011-068-de.pdf

4) 基础:为确保结果的可比性,计算 1) 和计算 3) 都基于相同的假设,包括锂回收和蓄电池外壳的回收。根据 LiBRi/LithoRec 项目中的 LCA 伞组的通用蓄电池组成成分。两种回收工艺都是在没有CO2 排放的情况下计算的(初级原材料生产的第一责任原则)。