Derzeitige kommerzielle Lithium-Ionen-Batterien enthalten hauptsächlich Übergangsmetalloxide oder -phosphate, Aluminium, Kupfer, Graphit, organische Elektrolyte, die schädliche Lithiumsalze enthalten, und andere Chemikalien. Daher wird dem Recycling und der Wiederverwendung von verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien von vielen Forschern immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt.
Aufgrund der hohen Energiedichte, der hohen Sicherheit und des niedrigen Preises von Lithium-Ionen-Batterien gibt es jedoch große Unterschiede und Vielfalt, so dass das Recycling von Lithium-Ionen-Abfallbatterien große Schwierigkeiten bereitet.
Der Elektrolyt in den LIBs enthält neben dem Material, das durch Recycling regeneriert werden kann, auch schädliche Stoffe wie organische Lösungsmittel und fluorhaltige Lithiumsalze, die der Umwelt großen Schaden zufügen können.
Wenn also verbrauchte Libs direkt in die Umwelt gelangen, wird dies eine unumkehrbare Umweltkatastrophe verursachen. Darüber hinaus haben die in LIBs enthaltenen hochpreisigen Metalle wie Li, Co, Ni, Cu und Al auch einen guten Ressourcenwert.
In Anbetracht der oben genannten Gründe bietet das Recycling von Altlibs beträchtliche Aussichten und ist umweltfreundlich, so dass es unbedingt notwendig ist, ein vernünftiges Recyclingsystem zu schaffen und entsprechende Recyclingtechnologien zu entwickeln.
Im Allgemeinen umfasst eine Lib eine Kathode, eine Anode, einen Separator, einen Elektrolyten und eine Dose mit einer Verschlussfunktion.
Das unten stehende Bild erklärt die verschiedenen Komponenten, von denen die wichtigsten recycelt und regeneriert werden müssen:
Das aktive Material der Kathode und das aktive Material der Anode
Die Methoden der Rückgewinnung von Lithium-Ionen-Batterien
Das Recycling von LIBs umfasst in der Regel sowohl physikalische als auch chemische Prozesse. Aufgrund des komplexen Montageprozesses von LIBs und der großen Vielfalt an Elektroden birgt dies große Gefahren für die Wiederherstellung der Batterie. Die Explosion, die Verbrennung und die giftigen Gase, die während des Bergungsprozesses entstehen, können leicht zu Opfern führen.
Um dieses Risiko zu verringern, müssen verbrauchte LIBs in der Regel entladen werden, bevor sie recycelt werden. Physikalische Verfahren umfassen in der Regel eine Vorbehandlung und die direkte Rückgewinnung von Elektrodenmaterialien. Diese Verfahren umfassen in der Regel Demontage, Zerkleinerung, Siebung, Magnetabscheidung, Waschen, Wärmebehandlung usw.
Zunächst müssen die Batterien zerlegt werden
Die Demontage erfolgt in der Regel mit Schreddern, um die Batterien zu zerkleinern und die schwarze Masse abzutrennen, die anschließend gefiltert, gewaschen und getrocknet wird, um wertvolle Rohstoffe wie Lithium, Kobalt oder Graphit zu gewinnen.
Es ist sehr wichtig zu verstehen, dass das Recycling dieser Rohstoffe, anstatt alte Batterien einfach auf Mülldeponien zu entsorgen, unsere Umwelt schont.
Eines der gängigsten Recyclingverfahren für die aktiven Materialkomponenten ist das hydrometallurgische Verfahren. Dieses Verfahren umfasst in der Regel Auslaugung, Trennung, Extraktion und chemische/elektrochemische Ausfällung.
Hydrometallurgisches Verfahren
Heutzutage wird die Hydrometallurgie üblicherweise zur Gewinnung von LIBs nach einer Vorbehandlung eingesetzt. Je nach den physikalischen Eigenschaften der Materialien in den verbrauchten LIBs, einschließlich Morphologie, Dichte und Magnetismus, usw. Die behandelten Batteriegehäuse, Elektroden und elektrolythaltigen Membranen werden getrennt behandelt, um die Sicherheit und die Rückgewinnungsrate hydrometallurgischer Prozesse zu verbessern und den Energieverbrauch bei der Verwendung hydrometallurgischer oder pyrometallurgischer Rückgewinnungselektrodenmaterialien zu verringern.
Das hydrometallurgische Verfahren gilt als die am besten geeignete Methode für das Recycling von verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien. Für die Rückgewinnung verschiedener Arten von verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien ist in Zukunft ein flexibleres und universelleres Verfahren erforderlich. Neben den aktiven Kathodenmaterialien müssen auch die anderen Bestandteile verbrauchter Lithium-Ionen-Batterien, einschließlich Elektrolyt und Anodenmaterialien, aufgrund ihrer potenziellen Umweltgefährdung zurückgewonnen werden.
Die Hydrometallurgie kann als Metallgewinnungsmethode definiert werden, die zur Gewinnung von Metallen aus Erzen und Abfallstoffen unter Verwendung wässriger Medien durch die Kombination von Wasser, Sauerstoff und anderen chemischen Reagenzien mit oder ohne Verwendung einer druckbeaufschlagten Umgebung eingesetzt wird.
Wichtige Prozessschritte
Schematische Darstellung des Recyclingverfahrens im industriellen Maßstab, das auf den Grundsätzen des direkten Recyclings beruht. Die Zellverpackungen der Lib’s werden zunächst entfernt, bevor der gesamte Zellstapel ohne weitere Komponententrennung in einer Lösung verarbeitet wird. Anschließend werden Feststoffe und Flüssigkeiten getrennt und für die direkte Regeneration durch thermisches Ausglühen des Festelektrolyten und direkte Neulithisierung der Kathode zurückgewonnen.
Wenn es um Auslaugung geht
Die Hydrometallurgie umfasst Auslaugung und Reduktion. Je nach Auslaugungsmethode wird in der Regel zwischen Säureauslaugung und biologischer Auslaugung unterschieden.
Das folgende Bild zeigt die Anwendung der Oxalsäureauslaugung zur Regeneration von Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2 (NCM)-Kathoden aus gebrauchten LIBs.
Während sich das Lithium in der Lösung auflöst, verwandeln sich die Übergangsmetalle in Oxalat-Präzipitate und lagern sich auf der Oberfläche der verbrauchten NCM-Kathoden ab, wodurch Lithium und Übergangsmetalle in einem einfachen Schritt getrennt werden. Nach dem Mischen einer bestimmten Menge Li2CO3 mit einem geeigneten Rührwerk werden die Oxalatausfällungen zusammen mit nicht umgesetztem NCM direkt zu neuen NCM-Kathoden kalziniert. Dieser Prozess wird als: Regeneration.
Regeneriertes NCM zeigt die besten elektrochemischen Leistungen und liefert die höchste anfängliche spezifische Entladekapazität von 168 mA h g-1 bei 0,2 C und 153,7 mA h g-1 nach 150 Zyklen mit einer hohen Kapazitätserhaltung von 91,5 %. Die hervorragenden elektrochemischen Leistungen werden auf die Submikrometerpartikel und Hohlräume nach der Kalzinierung sowie auf das optimale Verhältnis der Elemente zurückgeführt. Mit diesem Verfahren können die wertvollen Metalle in den verbrauchten Kathoden optimal genutzt werden, wobei >98,5 % Ni, Co und Mn zurückgewonnen werden. Es ist einfach und effektiv und bietet eine neue Perspektive für das Recycling von Kathoden aus gebrauchten LIBs.
Jongia Mixing Technology war an vielen Recyclingprojekten in Libyen beteiligt und hat erfolgreich viele Rührwerke und Mischer für diese Anwendungen geliefert.
Dies ist auf die langjährigen Erfahrungen zurückzuführen, die Jongia mit vielen Parteien in der Recycling- und Aufbereitungsindustrie gemacht hat. Sobald Flüssigkeiten im Prozess vorhanden sind, sei es für allgemeine Anwendungen oder für gefährliche Anwendungen mit Reaktoren, hohen Temperaturen und Drücken, ist Zuverlässigkeit sehr wichtig. Aus diesem Grund hat sich die Recycling- und Aufbereitungsindustrie für Jongia entschieden, um das passende Rührwerk für ihren Prozess zu entwickeln und zu bauen.
In den Beispielen der Kathodenmaterialtrennung, der Laugung und der Slurry-Produktion für neues aktives Material hat Jongia Mixing Technology Mischelemente wie Hydrofoils, Propeller und andere Mischelementkombinationen ausgewählt, um den optimalsten Mischer für die geforderten Volumina, Materialfähigkeiten und ausgewählten Materiallegierungen zu entwerfen, aus denen die Mischer in Jongias Produktionsstätte in Leeuwarden, Niederlande, hergestellt werden.
Jongia Mixing Technology ist immer in der Lage, bei der Auswahl der Rührwerkskonfiguration zu helfen. Wenden Sie sich einfach an Jongia und bitten Sie um Unterstützung.
Wir sind jederzeit für Ihre Mixeranfragen erreichbar.
Kontaktieren Sie uns unter: info@www.jongia.com oder besuchen Sie unsere Batterieseite für weitere Artikel über Ionen-Lithium-Batterien.
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