Die hocheffiziente Rückgewinnungstechnologie von wertvollen Metallen aus gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien hat sich zu einem Forschungs-Hotspot im In- und Ausland entwickelt. Mit Blick auf den aktuellen Stand der Rückgewinnungstechnologie von Wertmetallen in Alt-Lithium-Ionen-Batterien stellt dieser Beitrag die Forschungsmethoden der Vorbehandlung und Kathodenmaterialbehandlung im Rückgewinnungsprozess von Wertmetallen vor und bewertet kurz die Vor- und Nachteile verschiedener Methoden. Während des Recyclingprozesses wurden die technischen Schwierigkeiten wie der komplexe Trennungs- und Reinigungsprozess und die leichte Erzeugung von Sekundärverschmutzung analysiert, und es wurde darauf hingewiesen, dass die Nachbereitung eine gründliche Untersuchung des Recyclingprozesses durchführen und untersuchen sollte effizienter Recyclingprozess und Industrialisierung des Entwicklungstrends von Laborforschungsergebnissen.

Im modernen Leben werden elektronische Kommunikationsgeräte wie Kameras, Videokameras, Notebook-Computer und Mobiltelefone, die Lithium-Ionen-Batterien verwenden, von Menschen weit verbreitet verwendet. Die Hauptbestandteile einer Lithium-Ionen-Batterie sind positive Elektrode, negative Elektrode, Separator und Elektrolyt. Die positive Elektrode der Batterie besteht aus einem aktiven Material der positiven Elektrode, einem leitfähigen Mittel, einem Bindemittel, einem Stromkollektor und dergleichen. Die negative Elektrode der Batterie besteht hauptsächlich aus dem aktiven Material der negativen Elektrode und dem Stromkollektor. Ein Separator aus einem Polymer trennt die positiven und negativen Elektroden. Der Elektrolyt spielt die Rolle des Ladens und Entladens der Batterie. Lithium-Ionen-Batterien haben jedoch eine begrenzte Lebensdauer, typischerweise weniger als 3 Jahre. Altbatterien enthalten giftige Substanzen, die die Boden- und Wasserqualität in der Umwelt schädigen können. Die Diffusion dieser Giftstoffe in den Körper von Mensch und Tier gefährdet die Gesundheit. Das Recycling wertvoller Metalle kann nicht nur die Umwelt verbessern, sondern auch den wirtschaftlichen Nutzen von Unternehmen verbessern. Daher hat sich die grüne Rückgewinnungs- und Wiederverwendungstechnologie von wertvollen Metallen in gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien in den letzten Jahren zu einem Forschungs-Hotspot entwickelt. Dieses Papier gibt hauptsächlich einen Überblick über die in- und ausländischen Technologiemethoden für die Rückgewinnung und Behandlung wertvoller Metalle in Alt-Lithium-Ionen-Batterien und blickt gespannt auf den Entwicklungstrend der Rückgewinnungstechnologie. Das Recycling wertvoller Metalle kann nicht nur die Umwelt verbessern, sondern auch den wirtschaftlichen Nutzen von Unternehmen verbessern. Daher hat sich die grüne Rückgewinnungs- und Wiederverwendungstechnologie von wertvollen Metallen in gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien in den letzten Jahren zu einem Forschungs-Hotspot entwickelt. Dieses Papier gibt hauptsächlich einen Überblick über die in- und ausländischen Technologiemethoden für die Rückgewinnung und Behandlung wertvoller Metalle in Alt-Lithium-Ionen-Batterien und blickt gespannt auf den Entwicklungstrend der Rückgewinnungstechnologie. Das Recycling wertvoller Metalle kann nicht nur die Umwelt verbessern, sondern auch den wirtschaftlichen Nutzen von Unternehmen verbessern. Daher hat sich die grüne Rückgewinnungs- und Wiederverwendungstechnologie von wertvollen Metallen in gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien in den letzten Jahren zu einem Forschungs-Hotspot entwickelt. Dieses Papier gibt hauptsächlich einen Überblick über die in- und ausländischen Technologiemethoden für die Rückgewinnung und Behandlung wertvoller Metalle in Alt-Lithium-Ionen-Batterien und blickt gespannt auf den Entwicklungstrend der Rückgewinnungstechnologie.

1 Aktueller Stand der Forschung im In- und Ausland

In der praktischen Anwendung werden die Kerntechnologien des Recyclings hauptsächlich in zwei Kategorien eingeteilt: Brandverfahren und Nassverfahren. Die Feuermethode ist ein Verfahren zum Extrahieren oder Trennen von Nichteisenmetallen aus Batteriematerialien durch Erhitzen unter Hochtemperaturbedingungen entsprechend den physikalischen Eigenschaften (Schmelzpunkt, Dampfdruck) verschiedener Metalle. Das Nassverfahren ist ein Recyclingverfahren, bei dem Säuren, Laugen oder organische Lösungsmittel zum Auslaugen wertvoller Metallkomponenten in Batterien verwendet werden. Der Recyclingprozess lässt sich grob in drei Schritte unterteilen: Batterievorbehandlung, Trennung von Aktivmaterialien und Stromableitern sowie Rückgewinnung und Wiederverwendung von wertvollen Metallen.

1.1 Vorbehandlung von Lithium-Ionen-Altbatterien

1.1.1 Entlastung

Gebrauchte Lithium-Ionen-Akkus haben noch Restleistung. Um Unfälle beim Entfernen des Akkus zu vermeiden, entladen Sie den Akku, bevor Sie ihn entfernen. Die Behandlungsverfahren umfassen ein physikalisches Entladungsverfahren und ein chemisches Entladungsverfahren. Das physikalische Entladungsverfahren verwendet hauptsächlich eine Zwangsentladung bei niedriger Temperatur. Dieses Verfahren eignet sich für die Kleinserienfertigung. Die Unternehmen Umicore und Toxco in den Vereinigten Staaten verwenden flüssigen Stickstoff, um die Batterie bei niedriger Temperatur vorzubehandeln und die Batterie sicher bei einer Temperatur von -198 ℃ zu brechen, aber diese Methode stellt höhere Anforderungen an die Ausrüstung. Das chemische Entladungsverfahren verwendet hauptsächlich Elektrolyse zum Entladen. Der Elektrolyt ist meist Kochsalzlösung. Wenn die Batterie in die Lösung gelegt wird, werden die positiven und negativen Elektroden der Batterie in der leitfähigen Flüssigkeit kurzgeschlossen, und die vollständige Entladung der Batterie ist schnell realisiert. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Konzentration und Temperatur des Elektrolyten die Entladungsrate der Batterie beeinflussen und die wertvollen Metalle in der Batterie sich in der leitfähigen Flüssigkeit auflösen, wodurch die Metallrückgewinnungsrate verringert wird. Gleichzeitig weist die Lösung, die wertvolle Metalle enthält, eine starke Verschmutzung auf, was die Rückgewinnung erschwert und die Rückgewinnungskosten erhöht.

1.1.2 Demontage und Brechen

Im Labor werden die meisten Batterien aufgrund der geringen Größe der Batterie zerlegt und manuell getrennt. In der tatsächlichen Produktion wird häufig das Verfahren der mechanischen Zerkleinerung verwendet, um die Batterie zu zerlegen. Ein Verfahren der mechanischen Zerkleinerung ist das Nassverfahren. Das Nassverfahren verwendet verschiedene saure und alkalische Lösungen als Übertragungsmedium, um Metallionen vom Elektrodenmaterial in die Auslaugungslösung zu übertragen, und dann werden die Metallionen durch Ionenaustausch, Ausfällung, Adsorption und andere Mittel aus der Lösung in der Form entfernt von Salzen, Oxiden etc. extrahiert. Die Nassrecycling-Technologie ist relativ aufwändig, die Rückgewinnungsrate wertvoller Metalle jedoch relativ hoch. Es ist derzeit die Haupttechnologie für die Verarbeitung von Nickel-Wasserstoff-Altbatterien und Lithium-Ionen-Batterien. Wang Yuansun und andere versuchten, die Batterie in verdünntem alkalischem Wasser zu tränken und sie dann zu zertrümmern. Dieses Verfahren kann die Erzeugung von HF reduzieren, kann jedoch den fluorhaltigen Elektrolyten nicht effektiv zurückgewinnen, was leicht zu einer sekundären Verschmutzung führt. Eine andere Methode ist die Trockenmethode. Das Trockenverfahren umfasst hauptsächlich ein mechanisches Sortierverfahren und ein Hochtemperatur-Pyrolyseverfahren (oder ein Hochtemperatur-Metallurgieverfahren). Das mechanische Sortierverfahren hat die Vorteile eines kurzen Rückgewinnungsprozesses und einer starken Relevanz der Rückgewinnung, die die Vorstufe zur Realisierung der Metalltrennung und -rückgewinnung ist. Er et al. verglichen die unterschiedlichen Auswirkungen nasser und mechanischer Sortierverfahren auf das Recycling und die Entsorgung von Lithium-Ionen-Altbatterien. Die Ergebnisse zeigen, dass das mechanische Zerkleinern der Sortiermethode die Batteriekomponenten nicht in feine Partikel zerlegt, die sich leicht miteinander vermischen lassen, und die Rückgewinnungsrate höher ist. Allerdings kann das mechanische Sortierverfahren die Komponenten in der Alt-Lithium-Ionen-Batterie nicht vollständig trennen. Es wird versucht, das Verfahren der Hochtemperaturpyrolyse anzuwenden, das heißt, die Batterie in einem Muffelofen zu erhitzen, um das organische Lösungsmittel in der Batterie zu entfernen. Jooet al. verwendete mechanisches Sortieren und Hochtemperaturpyrolyse, um Kobalt und Lithium effizient aus Lithium-Kobaltoxid-Altbatterien zurückzugewinnen. Die Hochtemperaturpyrolyse kann jedoch auch negative Auswirkungen haben, wie die Bildung schädlicher Gase während der Hochtemperaturbehandlung, die leicht zu Explosionen führen können, sodass eine Reinigungsvorrichtung installiert werden muss. Das mechanische Sortierverfahren kann die Komponenten in der Alt-Lithium-Ionen-Batterie nicht vollständig trennen. Es wird versucht, das Verfahren der Hochtemperaturpyrolyse anzuwenden, das heißt, die Batterie in einem Muffelofen zu erhitzen, um das organische Lösungsmittel in der Batterie zu entfernen. Jooet al. verwendete mechanisches Sortieren und Hochtemperaturpyrolyse, um Kobalt und Lithium effizient aus Lithium-Kobaltoxid-Altbatterien zurückzugewinnen. Die Hochtemperaturpyrolyse kann jedoch auch negative Auswirkungen haben, wie die Bildung schädlicher Gase während der Hochtemperaturbehandlung, die leicht zu Explosionen führen können, sodass eine Reinigungsvorrichtung installiert werden muss. Das mechanische Sortierverfahren kann die Komponenten in der Alt-Lithium-Ionen-Batterie nicht vollständig trennen. Es wird versucht, das Verfahren der Hochtemperaturpyrolyse anzuwenden, das heißt, die Batterie in einem Muffelofen zu erhitzen, um das organische Lösungsmittel in der Batterie zu entfernen. Jooet al. verwendete mechanisches Sortieren und Hochtemperaturpyrolyse, um Kobalt und Lithium effizient aus Lithium-Kobaltoxid-Altbatterien zurückzugewinnen. Die Hochtemperaturpyrolyse kann jedoch auch negative Auswirkungen haben, wie die Bildung schädlicher Gase während der Hochtemperaturbehandlung, die leicht zu Explosionen führen können, sodass eine Reinigungsvorrichtung installiert werden muss. verwendete mechanisches Sortieren und Hochtemperaturpyrolyse, um Kobalt und Lithium effizient aus Lithium-Kobaltoxid-Altbatterien zurückzugewinnen. Die Hochtemperaturpyrolyse kann jedoch auch negative Auswirkungen haben, wie die Bildung schädlicher Gase während der Hochtemperaturbehandlung, die leicht zu Explosionen führen können, sodass eine Reinigungsvorrichtung installiert werden muss. verwendete mechanisches Sortieren und Hochtemperaturpyrolyse, um Kobalt und Lithium effizient aus Lithium-Kobaltoxid-Altbatterien zurückzugewinnen. Die Hochtemperaturpyrolyse kann jedoch auch negative Auswirkungen haben, wie die Bildung schädlicher Gase während der Hochtemperaturbehandlung, die leicht zu Explosionen führen können, sodass eine Reinigungsvorrichtung installiert werden muss.

1.2 Trennung von Aktivmaterialien und Stromkollektoren

Die Trennung des Positivelektroden-Aktivmaterials und des Aluminiumfolien-Stromkollektors wendet hauptsächlich zwei Verfahren an, einschließlich der Auflösung in organischem Lösungsmittel und der Zersetzung bei hoher Temperatur. Die organische Lösungsmittelabgabe verwendet hauptsächlich das organische Lösungsmittel, um das PVDF aufzulösen, so dass das aktive Material der positiven Elektrode und der Stromkollektor getrennt werden. Zeng verwendet NMP, um die Elektrodenfolie zu tränken, wodurch das aktive Material und der Stromkollektor in der Batterie effektiv getrennt werden. Yang wurde mit dem organischen Lösungsmittel DMAC (N,N-Dimethylacetamid) gelöst und das Bindemittel auf dem Stromkollektor wurde unter den Prozessbedingungen von 100°C und 60 min entfernt. Die durch dieses Rückgewinnungsverfahren erhaltenen Aktivmaterialpartikel sind jedoch klein, die Fest-Flüssig-Trennung ist schwierig und die Rückgewinnungsinvestition ist groß. Pyrolyse ist die Trennung von Kathodenmaterialien und Aktivkörpern bei hohen Temperaturen. Danielet al. wendete ein Verfahren der Hochtemperaturbehandlung in einer Vakuumumgebung an, um das organische Material im Stromkollektor bei hoher Temperatur (600°C) zu zersetzen, und ein Teil des positiven Elektrodenmaterials auf dem positiven Elektrodenmaterial wurde von der Aluminiumfolie getrennt. Wenn die Temperatur höher als 650 °C war, sind die Aluminiumfolie und die positive Elektrode Die Materialien sind alle körnig und miteinander vermischt. Dieses Verfahren erzeugt schädliche Gase und verschmutzt die Luft. und ein Teil des positiven Elektrodenmaterials auf dem positiven Elektrodenmaterial wurde von der Aluminiumfolie getrennt. Wenn die Temperatur höher als 650 °C war, sind die Aluminiumfolie und die positive Elektrode Die Materialien sind alle körnig und miteinander vermischt. Dieses Verfahren erzeugt schädliche Gase und verschmutzt die Luft. und ein Teil des positiven Elektrodenmaterials auf dem positiven Elektrodenmaterial wurde von der Aluminiumfolie getrennt. Wenn die Temperatur höher als 650 °C war, sind die Aluminiumfolie und die positive Elektrode Die Materialien sind alle körnig und miteinander vermischt. Dieses Verfahren erzeugt schädliche Gase und verschmutzt die Luft.