Ultrasonics Cho Việc Tái Chế Pin Lithium Ion

Sự thật đáng biết

Pin Lithium-Ion

Pin Lithium-ion (LIB) là thiết bị chung cho pin (có thể sạc lại) cung cấp mật độ năng lượng cao và thường được tích hợp trong các thiết bị điện tử tiêu dùng như ô tô điện tử, ô tô hybrid, máy tính xách tay, điện thoại di động, iPod, v.v. So với các biến thể khác của pin sạc có kích thước và dung lượng tương tự, LIB nhẹ hơn đáng kể. Không giống như pin sơ cấp lithium dùng một lần, LIB sử dụng hợp chất lithium xen kẽ thay vì lithium kim loại làm điện cực của nó. Các thành phần chính của pin lithium-ion là các điện cực của nó – cực dương và cực âm – và chất điện phân. Hầu hết các tế bào đều chia sẻ các thành phần chung về chất điện phân, chất phân tách, lá và vỏ. Sự khác biệt chính giữa các công nghệ tế bào là vật liệu được sử dụng như “vật liệu hoạt động” chẳng hạn như cực âm và cực dương. Than chì là vật liệu được sử dụng thường xuyên nhất làm cực dương, trong khi cực âm được làm bằng LiMO2 nhiều lớp (M = Mn, Co và Ni), spinel LiMn2O4, hoặc olivin LiFePO4. Các chất điện phân lỏng hữu cơ điện phân (ví dụ: muối LiPF6 hòa tan trong hỗn hợp dung môi hữu cơ, chẳng hạn như ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), v.v.) cho phép chuyển động ion. Tùy thuộc vào vật liệu điện cực dương (cực âm) và âm (cực dương), mật độ năng lượng và điện áp của LIB thay đổi tương ứng. Khi được sử dụng trong xe điện, thường sử dụng pin xe điện (EVB) hoặc pin kéo. Pin kéo như vậy được sử dụng trong xe nâng, xe golf điện, máy chà sàn, xe máy điện, ô tô điện, xe tải, xe tải và các loại xe điện khác.

Tái chế kim loại từ pin Li-Ion đã qua sử dụng

So với các loại pin khác thường chứa chì hoặc cadmium, pin Li-ion chứa ít kim loại độc hại hơn và do đó được coi là thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, một lượng lớn pin Li-ion đã qua sử dụng, sẽ phải xử lý như pin đã qua sử dụng từ ô tô điện, gây ra một vấn đề lãng phí. Do đó, một vòng lặp tái chế khép kín của pin Li-ion là cần thiết. Từ quan điểm kinh tế, các nguyên tố kim loại như sắt, đồng, niken, coban và lithium có thể được thu hồi và tái sử dụng trong sản xuất pin mới. Tái chế cũng có thể ngăn chặn tình trạng thiếu hụt trong tương lai. Mặc dù pin có tải niken cao hơn đang được tung ra thị trường, nhưng không thể sản xuất pin mà không có coban. Hàm lượng niken cao hơn đi kèm với chi phí: Với hàm lượng niken tăng lên, độ ổn định của pin bị giảm và do đó tuổi thọ chu kỳ và khả năng sạc nhanh của nó bị giảm.

Nhu cầu ngày càng tăng đối với pin Li-ion đòi hỏi khả năng tái chế pin thải ngày càng tăng.

Quy trình tái chế

Pin của xe điện như Tesla Roadster có tuổi thọ xấp xỉ 10 năm. Việc tái chế pin Li-ion đã cạn kiệt là một quá trình đòi hỏi khắt khe vì có liên quan đến điện áp cao và hóa chất độc hại, đi kèm với nguy cơ thoát nhiệt, điện giật và phát thải các chất độc hại. Để thiết lập một vòng tái chế khép kín, mọi liên kết hóa học và tất cả các nguyên tố phải được tách thành các phần riêng lẻ của chúng. Tuy nhiên, năng lượng cần thiết cho việc tái chế vòng kín như vậy rất tốn kém. Các vật liệu có giá trị nhất để thu hồi là các kim loại như Ni, Co, Cu, Li, v.v. vì khai thác đắt đỏ và giá thị trường cao của các thành phần kim loại khiến việc tái chế trở nên hấp dẫn về mặt kinh tế. Quá trình tái chế pin Li-ion bắt đầu bằng việc tháo dỡ và xả pin. Trước khi mở pin, cần thụ động để vô hiệu hóa các hóa chất trong pin. Quá trình thụ động có thể đạt được bằng cách đông lạnh hoặc oxy hóa có kiểm soát. Tùy thuộc vào kích thước pin, pin có thể được tháo dỡ và tháo rời xuống tế bào. Sau khi tháo dỡ và nghiền, các thành phần được phân lập bằng một số phương pháp (ví dụ: sàng lọc, sàng, nhặt tay, tách từ tính, ướt và đạn đạo) để loại bỏ vỏ tế bào, nhôm, đồng và nhựa khỏi bột điện cực. Việc tách các vật liệu điện cực là cần thiết cho các quy trình hạ nguồn, ví dụ như xử lý luyện kim thủy lực. nhiệt phân Để xử lý nhiệt phân, pin vụn được nấu chảy trong lò nung, nơi đá vôi được thêm vào làm chất tạo xỉ.

Quy trình thủy nhiệt Quá trình luyện kim thủy lực dựa trên các phản ứng axit để kết tủa muối dưới dạng kim loại. Các quy trình luyện kim thủy lực điển hình bao gồm rửa trôi, kết tủa, trao đổi ion, chiết xuất dung môi và điện phân dung dịch nước. Ưu điểm của xử lý thủy nhiệt là năng suất thu hồi cao + 95% Ni và Co dưới dạng muối, + 90% Li có thể được kết tủa và phần còn lại có thể được thu hồi lên tới + 80%.

Đặc biệt là coban là một thành phần quan trọng trong cực âm pin lithium-ion cho các ứng dụng năng lượng và năng lượng cao. Những chiếc xe hybrid hiện tại như Toyota Prius, sử dụng pin niken kim loại hydrua, được tháo dỡ, xả và tái chế theo cách tương tự như pin Li-ion.