新能源汽車(chē)電池及管理系統(tǒng)檢修 課件 項(xiàng)目六 新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池廢棄處理

新能源汽車(chē)電池及管理系統(tǒng)檢修新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池廢棄處理PART6【案例１】格林美股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)格林美)于2001年在深圳注冊(cè)成立，是全國(guó)領(lǐng)先的廢舊電池電子回收利用及報(bào)廢汽車(chē)循環(huán)利用企業(yè)，湖北荊門(mén)市格林美新材料有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)荊門(mén)格林美)是其從事廢舊鋰離子動(dòng)力蓄電池再生利用的核心主體，荊門(mén)格林美建有10萬(wàn)噸/年的電池回收處理生產(chǎn)線，主要回收處理廢舊消費(fèi)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(wàn)噸/年，硫酸鎳4萬(wàn)噸/年，電解銅8000噸/年。情景導(dǎo)入目前，荊門(mén)格林美再生利用生產(chǎn)線車(chē)間包括預(yù)處理車(chē)間、浸出車(chē)間、萃取車(chē)間、電池材料車(chē)間、合成車(chē)間、熱解車(chē)間、稀貴車(chē)間、廢水車(chē)間、廢渣處理車(chē)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(duì)廢舊鋰離子動(dòng)力蓄電池進(jìn)行回收。情景導(dǎo)入任務(wù)一

動(dòng)力蓄電池梯次利用與回收技術(shù)總體認(rèn)知項(xiàng)目描述學(xué)習(xí)目標(biāo)

動(dòng)力蓄電池梯次利用與回收處于發(fā)展階段，需要對(duì)其市場(chǎng)規(guī)模和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了解，把握新能源汽車(chē)動(dòng)力蓄電池的廢棄處理總體方向。理論知識(shí)一、動(dòng)力蓄電池退役與報(bào)廢規(guī)模

我國(guó)新能源汽車(chē)自2014年進(jìn)入爆發(fā)增長(zhǎng)階段，按照動(dòng)力蓄電池4~6年使用壽命測(cè)算，2014年產(chǎn)動(dòng)力蓄電池在2018年開(kāi)始批量進(jìn)入報(bào)廢期，2020年，我國(guó)產(chǎn)生約１２.９ＧＷ.ｈ的退役鋰離子動(dòng)力蓄電池，預(yù)計(jì)到2025年將產(chǎn)生59ＧＷ.ｈ退役鋰離子動(dòng)力蓄電池(圖6-2)，隨著新能源汽車(chē)行業(yè)的不斷擴(kuò)大，動(dòng)力蓄電池回收市場(chǎng)空間巨大，動(dòng)力蓄電池報(bào)廢高峰期將至，由于磷酸鐵鋰離子蓄電池應(yīng)用時(shí)間較早，或?qū)⒏缑媾R報(bào)廢。二、動(dòng)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(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀1.國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀三、動(dòng)力蓄電池梯次利用技術(shù)

隨著電動(dòng)汽車(chē)的使用，動(dòng)力蓄電池性能逐漸下降，當(dāng)其不能滿足電動(dòng)汽車(chē)使用要求時(shí)，就要從電動(dòng)汽車(chē)上退役下來(lái)，隨著電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量的快速增長(zhǎng)，未來(lái)幾年動(dòng)力蓄電池的退役量也將快速增加，圖6-5為2020~2025年動(dòng)力蓄電池退役量預(yù)測(cè)，2022年動(dòng)力蓄電池退役量將達(dá)31ＧＷ.ｈ.2025年將超過(guò)９０ＧＷ.ｈ。

動(dòng)力蓄電池經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期車(chē)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(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能、續(xù)駛里程和運(yùn)行過(guò)程中的可靠性，就必須從電動(dòng)汽車(chē)上退役。(１)國(guó)內(nèi)相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)(２)國(guó)外相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)(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(dòng)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(wèn)題３.國(guó)內(nèi)外相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)小結(jié)１.梯次利用結(jié)束后是拆解回收環(huán)節(jié)，完全報(bào)廢的電池同樣具有很高的回收價(jià)值，動(dòng)力蓄電池的拆解回收包括兩種不同的途徑:一種是對(duì)金屬的回收，另一種是對(duì)化合物的回收。２.退役汽車(chē)電池的梯次利用很好地符合了環(huán)境保護(hù)的4R原則，即RECYCLE(循環(huán)使用)、REUSE(重復(fù)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(jì)價(jià)值及良好的社會(huì)價(jià)值。３.動(dòng)力蓄電池梯次利用技術(shù)主要涉及４個(gè)方面:①能否用，不是所有的退役動(dòng)力蓄電池都可以進(jìn)行梯次利用，在進(jìn)行梯次利用前，要評(píng)估退役動(dòng)力蓄電池的安全性和剩余殘值是否滿足應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電池性能的要求。②怎么用，不同的退役動(dòng)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(dòng)力蓄電池在梯次利用過(guò)程中怎么使用，既要確保電池使用過(guò)程中的安全性，又要充分發(fā)揮電池的剩余性能。學(xué)習(xí)小結(jié)③值得用，梯次利用本身就是對(duì)動(dòng)力蓄電池剩余殘值的利用，因此要評(píng)估梯次利用過(guò)程中的成本與收益，評(píng)估動(dòng)力蓄電池梯次利用的經(jīng)濟(jì)性。④停止用，在梯次利用過(guò)程中，動(dòng)力蓄電池的性能也在不斷衰退，需根據(jù)退役動(dòng)力蓄電池的性能衰退規(guī)律對(duì)其在使用過(guò)程中的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判，確定電池性能何時(shí)不能滿足應(yīng)用場(chǎng)景的要求，此時(shí)應(yīng)停止退役動(dòng)力蓄電池的使用。４.從國(guó)內(nèi)外梯次利用技術(shù)的探索和實(shí)踐工作來(lái)看，過(guò)去數(shù)年的研究?jī)?nèi)容主要包括退役電池性能評(píng)判、電池的分選與聚類(lèi)、電池重組、儲(chǔ)能系統(tǒng)集成、應(yīng)用示范實(shí)證等多個(gè)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(shí)踐仍面臨諸多問(wèn)題，１)梯次利用過(guò)程更為復(fù)雜，２)梯次利用電池安全隱患大，３)梯次利用電池殘值評(píng)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(jì)性提高較快。知識(shí)鞏固任務(wù)二

動(dòng)力蓄電池回收處理項(xiàng)目描述學(xué)習(xí)目標(biāo)

本任務(wù)主要介紹動(dòng)力蓄電池機(jī)械預(yù)處理技術(shù)、動(dòng)力蓄電池人工預(yù)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(xué)生全面的學(xué)習(xí)預(yù)處理技術(shù)和回收技術(shù)。理論知識(shí)

鋰離子蓄電池由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性及組分多樣性，通常需要通過(guò)預(yù)處理工藝以便安全高效地移除殼體，并對(duì)其有價(jià)值的部分進(jìn)行收集和分類(lèi)，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(biāo)的差異，預(yù)處理過(guò)程主要分為實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)兩個(gè)級(jí)別，實(shí)驗(yàn)室預(yù)處理方法以人工預(yù)處理為主，主要目的是采用簡(jiǎn)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(jī)溶劑溶解、高溫煅燒和堿液溶解等。電池拆解在項(xiàng)目１中已經(jīng)介紹過(guò)了，下面重點(diǎn)介紹其他的處理步驟。一、動(dòng)力蓄電池機(jī)械預(yù)處理技術(shù)１.粉碎和篩分２.浮選與磁選３.機(jī)械化學(xué)處理理論知識(shí)二、動(dòng)力蓄電池人工預(yù)處理技術(shù)

由于后續(xù)回收處理過(guò)程的需求，鋰離子動(dòng)力蓄電池人工預(yù)處理過(guò)程的重點(diǎn)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(jī)溶劑溶解、高溫煅燒和堿液溶解。1物理分離2有機(jī)溶劑分解3高溫煅燒4堿液溶解理論知識(shí)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(xué)變化?從而得到目標(biāo)產(chǎn)物的一種手段，在廢棄鋰離子動(dòng)力蓄電池的回收中，火法冶金回收技術(shù)主要用于有價(jià)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(jià)態(tài)難溶于酸或水的過(guò)渡金屬元素氧化物轉(zhuǎn)化為低價(jià)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(jìn)而將有價(jià)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(jià)金屬流失及生成污染性氣體等缺點(diǎn)，基于常規(guī)的火法冶煉技術(shù)。新型復(fù)合焙燒技術(shù)通過(guò)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(jìn)行回收。理論知識(shí)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(yīng)體系相接觸，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將原料中所含的有價(jià)金屬?gòu)墓滔噢D(zhuǎn)入液相，然后利用化學(xué)沉淀、萃取等方式將溶解于液相中的有價(jià)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(xué)沉淀(４)其他處理方法理論知識(shí)2.綠色有機(jī)酸浸出技術(shù)

常規(guī)的濕法浸出中，無(wú)機(jī)酸雖然浸出率較高，但在浸出過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境不友好的廢水、廢渣和有害氣體，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)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(jī)酸浸出１)螯合功能有機(jī)酸２)還原功能有機(jī)酸３)沉淀功能有機(jī)酸４)其他有機(jī)酸(２)(１)

理論知識(shí)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(xì)菌被發(fā)現(xiàn)之前，生物浸礦提鋁己經(jīng)進(jìn)行了許多個(gè)世紀(jì)，當(dāng)時(shí)人們并不知道細(xì)菌和生物浸出的存在，僅憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)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(xué)周立祥教授團(tuán)隊(duì)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(lái)越多的研究者嘗試將生物冶金用于不同涉重危廢中有價(jià)金屬的浸提回收，尤其是回收價(jià)值更高的失效材料類(lèi)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(xué)習(xí)小結(jié)機(jī)械預(yù)處理技術(shù):１.粉碎和篩分

為了減少?gòu)U舊電池的處理體積并富集有價(jià)值的組件，在工業(yè)回收過(guò)程中需對(duì)分類(lèi)和拆解之后獲得的大量單體電池或模塊進(jìn)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(dòng)力蓄電池的不同組分已經(jīng)實(shí)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(rùn)性和電磁行為等，需要進(jìn)一步進(jìn)行分選以去除雜質(zhì)，并提高后續(xù)步驟回收處理效率。學(xué)習(xí)小結(jié)機(jī)械化學(xué)處理:

首先將電池廢料磨碎，然后和鋁發(fā)生反應(yīng)，生成具有水溶性鋰化合物的金屬?gòu)?fù)合材料，然后再將這些化合物溶解在水中，通過(guò)加熱蒸發(fā)水分，來(lái)回收鋰，由于機(jī)械化學(xué)反應(yīng)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(gè)優(yōu)點(diǎn)是它的簡(jiǎn)單性，這將有助于在工業(yè)規(guī)模上大規(guī)模使用。人工預(yù)處理技術(shù):

對(duì)于鋰離子動(dòng)力蓄電池人工預(yù)處理過(guò)程，首先要對(duì)單體電池進(jìn)行較為簡(jiǎn)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(fù)極、隔膜和外殼，拆解過(guò)程中僅使用相對(duì)簡(jiǎn)單的保護(hù)措施，如佩戴安全眼鏡