Плюсы и минусы сухих и мокрых методов переработки литий-ионных аккумуляторов

Среди переработчиков, участвующих в быстро растущем рынке переработки литий-ионных (Li-ion) и литий-железо-фосфатных (LiFePO4) аккумуляторов, в отрасли продолжаются дебаты относительно преимуществ и недостатков сухой и влажной (на водной основе) переработки.

Хотя системы переработки сухих аккумуляторов широко распространены, они обычно требуют разборки блоков или модулей и разрядки отдельных аккумуляторных элементов перед дальнейшей обработкой и могут подвергаться риску термических событий. Мокрые системы имеют явные преимущества в этом отношении и могут быть очень эффективными при извлечении наиболее ценных материалов, но их в значительной степени неправильно понимают те, кто может не знать о последних достижениях.

Хотя для переработки этих типов аккумуляторов можно использовать оба метода, специалисты отрасли до сих пор в значительной степени не определились с тем, какой метод можно использовать наиболее эффективно и с минимальными затратами для достижения их целей в области безопасности, качества и производства при утилизации.

«В отрасли существует некоторая путаница относительно роли сухих и мокрых методов переработки аккумуляторов. Например, я слышал, что некоторые говорят, что влажная обработка невозможна для переработки литий-ионных аккумуляторов и LiFePO4, что просто неверно. Во многих отношениях , переработка аккумуляторных блоков безопаснее, быстрее и эффективнее, чем сухая обработка, не говоря уже о том, что она уже успешно применяется последние семь лет на многих заводах по всему миру», — говорит Джон Нойенс, промышленный консультант подразделения LithiBatt . компании BCA Industries.

LithiBatt предлагает как сухие, так и мокрые, готовые к использованию системы замкнутого цикла переработки литий-ионных, LiFePO4, никель-металлогидридных, цинк-бромных и других типов аккумуляторов.

Плюсы и минусы систем сухой переработки

Несмотря на распространенность систем переработки сухих аккумуляторов, у них есть ряд недостатков. Начнем с того, что разнообразие аккумуляторов, которые необходимо вынимать из блоков и разряжать, может сделать сухую систему непомерно высокой с точки зрения затрат и рентабельности инвестиций. 

Реальность такова, что существуют различия в размерах, химическом составе и конструкции литий-ионных и LiFePO4-аккумуляторов, поставляемых по всему миру, и, по существу, с тысячами различных устройств и сборок. Такое разнообразие усложняет создание систем переработки аккумуляторов, поскольку подход не стандартизирован. 

«Сегодня все аккумуляторные блоки устроены по-разному, поэтому не существует единого метода разрядки», — говорит Нойенс. «Если бы мы могли вернуться на 30 лет назад и начать проектирование литиевых батарей заново, мы, возможно, могли бы создать систему со стандартизированными методами и схемами, обеспечивающими быструю и легкую разрядку, но мы уже давно прошли этот этап».

По словам Нойенса, поскольку каждый элемент батареи необходимо разряжать, часто не существует простого, экономичного и прибыльного способа сделать это. В одном из методов, часто использовавшемся в прошлом, аккумуляторы помещают в соляной раствор на несколько недель для разрядки, но это грязно, требует слишком много места и приводит к образованию химических стоков, которые необходимо правильно утилизировать. Это слишком часто требует работы по разборке и ее опасностей.

При использовании сухих систем также могут возникнуть проблемы с безопасностью, связанные с разрядкой аккумулятора. 

«За пределами лаборатории не существует практического или надежного способа узнать, полностью ли разряжены все элементы. В большом аккумуляторном блоке с тысячами элементов вполне вероятно, что по крайней мере пара элементов все еще может быть частично заряжена и вызвать нежелательную реакцию», — говорит Нойенс.

По словам Нойенса, при сухой обработке литий-ионных и LiFePO4 аккумуляторов также может быть очень сложно контролировать опасные условия, такие как термический разгон и самогенерация кислорода, которые могут привести к опасным возгораниям аккумуляторов. Хотя роботы теоретически могут разбирать, разряжать и обрабатывать батареи, программирование их для работы с широким спектром размеров и типов батарей было бы непомерно дорогостоящим.

«Системы переработки сухих аккумуляторов, как правило, меньше по размеру, чтобы ограничить объем горючего материала и опасность термического выхода из-под контроля, поэтому не всегда могут обеспечить достаточную производительность, чтобы быть прибыльными», — говорит Нойенс.

Еще одна трудность заключается в том, что производители аккумуляторов теперь все чаще наполняют свои блоки и модули клееподобным гелем в качестве меры предосторожности, чтобы сохранить целостность корпуса в случае повреждения в результате столкновения или падения. Однако это еще больше усложняет разборку аккумулятора. Даже компании, которые их производят, не имеют метода разборки.

При использовании сухой системы материалы аккумуляторов также попадают в воздушную систему в больших объемах во время измельчения и обработки. Обработка или разделение этих переносимых по воздуху материалов является более сложной, дорогостоящей и опасной задачей.

«При использовании сухой системы вы сталкиваетесь с более серьезной экологической проблемой, потому что электролит аккумулятора и летучие органические соединения, которые являются более объемными, теперь находятся в воздушной системе вместе с инертным газом. Поэтому вам придется их фильтровать, очищать и термически окислять». — говорит Нойенс.

Плюсы и минусы систем мокрой переработки аккумуляторов

Из-за быстрых темпов изменений в технологии переработки аккумуляторов сегодня существует несколько распространенных заблуждений относительно систем влажной переработки аккумуляторов, даже среди профессионалов отрасли. 

Среди наиболее распространенных заблуждений является то, что влажные системы не способны удалять «черную массу». При переработке литий-ионных аккумуляторов черная масса состоит из покрытий электродов, таких как оксиды металлов и углерод, которые содержат ценные элементы, такие как графит, марганец, кобальт, никель и литий. Извлечение черной массы дает наибольшую ценность для повторного использования или продажи, поскольку в противном случае обычно остаются лишь следовые количества металлов, таких как литий, медь и алюминий.

По словам Нойенса, закрытая система мокрой переработки аккумуляторов может улавливать черную массу более эффективно и с гораздо большей чистотой, если она правильно спроектирована и построена компаниями, имеющими опыт работы с этими методами. 

«Все остальные частицы, кроме черной массы, очень крупные, поэтому их относительно легко фильтровать, отжимать, обезвоживать и сушить. В результате получается очень чистая, пригодная к употреблению черная масса, а воду можно использовать повторно, используя непрерывную очистку. система очистки воды», — говорит Нойенс. «По сути, мы разрезаем и перемешиваем материалы на протяжении всего процесса, чтобы освободить черную массу из фольги в водном растворе и захватить ее без остатков пластика и твердых частиц».

Система мокрой переработки литий-ионных аккумуляторов «под ключ» должна сочетать в себе несколько отдельных, но взаимодополняющих процессов. Первичная система измельчает батареи в инертной атмосфере и воде, а вторичные системы дополнительно измельчают материал до более мелких и легко отделяемых размеров.

Нойенс отмечает, что ключевым моментом является специализированное вторичное измельчение, фактор, который еще не до конца понятен во всей отрасли. 

«Когда вы пытаетесь пропустить материал через стандартный измельчитель с ситом, материал забивает сито», — говорит Нойенс. «Однако специальный измельчитель можно использовать для дальнейшего измельчения материала до однородного размера без необходимости использования сита. Если вы не можете сделать это за один проход, потребуется несколько измельчителей, чтобы получить один и тот же продукт с гораздо большими затратами. "

В системе LithiBatt этот вторичный этап измельчения выполняется с использованием запатентованной технологии ножей Triplus, которая уменьшает размер материала до трех восьмых дюйма. Ножевая технология уникально подходит для мокрой переработки аккумуляторов, поскольку она уменьшается до предсказуемого и стандартного размера за один проход без сортировки, что исключает возможность ослепления.

Дополнительная обработка с использованием запатентованных химических инъекций и методов сушки позволяет улавливать ценную черную массу аккумуляторных элементов из измельченного материала до того, как он пройдет через всю систему. 

«В настоящее время мы используем запатентованный мокрый процесс для измельчения самых больших пакетов электромобилей, которые все еще взимаются с крупнейшего в мире производителя электромобилей, и успешно собираем черную массу», — говорит Нойенс.

Использование воды при обработке литий-ионных аккумуляторов и аккумуляторов LiFePO4 имеет и другие существенные преимущества, начиная с повышения безопасности за счет предотвращения неконтролируемого теплового выхода. 

«Поскольку перерабатываемый материал литий-ионных аккумуляторов плохо впитывает воду, его можно использовать для охлаждения материалов и тушения зарождающихся пожаров. В сочетании с азотом для удаления горючего кислорода мы можем контролировать и устранять тепловые явления с помощью мокрого процесса. Предотвращая В случае тепловых событий обработка данных происходит быстрее при увеличении веса и объема батарей», — говорит Нойенс. 

Клеи и гели также имеют тенденцию всплывать, поэтому с ними можно легко обращаться в системе влажной переработки. 

«Если у вас есть возможность измельчать целые упаковки и целые модули одновременно, эти клеи или гели имеют тенденцию всплывать, поэтому с ними очень легко обращаться в потоке воды», — говорит Нойенс.

Кроме того, мокрая система может улавливать летучие органические соединения в воде, которую можно фильтровать, поэтому фильтрацию воздуха можно упростить, используя только скруббер и угольную фильтрацию.

Недостатком системы мокрой переработки аккумуляторов является то, что она включает в себя несколько отдельных этапов, которые опытный производитель должен в достаточной степени интегрировать. Следовательно, производители и специалисты по переработке отходов обычно с самого начала хотят привлечь отраслевого эксперта, чтобы можно было построить систему, адаптированную к их конкретным потребностям.

Однако после установки литий-ионные и LiFePO4-аккумуляторы любого размера и химического состава можно быстро и выгодно превратить в ценные, многоразовые или продаваемые материалы без разборки. 

«Этот тип гибкой мокрой системы может перерабатывать тонны литий-ионного материала или материала LiFePO4 в час до любого требуемого товарного состояния», — говорит Нойенс. «Если вам нужно производить тонны в час, а не доли тонны в час, гидро-азотные системы доставят вас туда гораздо быстрее, чем сухая система», — говорит Нойенс.

Профессионалам отрасли, которые все еще не определились с тем, следует ли рассматривать сухую или влажную систему переработки аккумуляторов, Нойенс предлагает узнать об обоих, взвесить все за и против для достижения своих целей, а затем двигаться вперед с системой, которая лучше всего соответствует их потребностям. 

«Существует несколько различных способов разработки системы переработки литий-ионных и LiFePO4 аккумуляторов, но решение должно быть основано на фактах и ​​хорошем понимании сухих и влажных систем, а также типов передовых систем, которые уже используются некоторые из крупнейших производителей и переработчиков аккумуляторов в мире», — говорит Нойенс.

Источник: https://www.recyclingproductnews.com/article/41753/the-pros-and-cons-of-dry-and-wet-lithium-ion-battery-recycling-methods