新能源汽车电池及管理系统检修 课件 项目六 新能源汽车动力蓄电池废弃处理

新能源汽车电池及管理系统检修新能源汽车动力蓄电池废弃处理PART6【案例１】格林美股份有限公司(以下简称格林美)于2001年在深圳注册成立，是全国领先的废旧电池电子回收利用及报废汽车循环利用企业，湖北荆门市格林美新材料有限公司(以下简称荆门格林美)是其从事废旧锂离子动力蓄电池再生利用的核心主体，荆门格林美建有10万吨/年的电池回收处理生产线，主要回收处理废旧消费锂离子蓄电池、电池企业的生产废料、废弃钴、镍资源及电子废弃物等，可循环再造电池材料2万吨/年，硫酸镍4万吨/年，电解铜8000吨/年。情景导入目前，荆门格林美再生利用生产线车间包括预处理车间、浸出车间、萃取车间、电池材料车间、合成车间、热解车间、稀贵车间、废水车间、废渣处理车间等，使用的生产工艺流程图如图6-1所示，主要采用湿法冶金技术对废旧锂离子动力蓄电池进行回收。情景导入任务一

动力蓄电池梯次利用与回收技术总体认知项目描述学习目标

动力蓄电池梯次利用与回收处于发展阶段，需要对其市场规模和发展趋势进行了解，把握新能源汽车动力蓄电池的废弃处理总体方向。理论知识一、动力蓄电池退役与报废规模

我国新能源汽车自2014年进入爆发增长阶段，按照动力蓄电池4~6年使用寿命测算，2014年产动力蓄电池在2018年开始批量进入报废期，2020年，我国产生约１２.９ＧＷ.ｈ的退役锂离子动力蓄电池，预计到2025年将产生59ＧＷ.ｈ退役锂离子动力蓄电池(图6-2)，随着新能源汽车行业的不断扩大，动力蓄电池回收市场空间巨大，动力蓄电池报废高峰期将至，由于磷酸铁锂离子蓄电池应用时间较早，或将更早面临报废。二、动力蓄电池梯次利用与回收利用技术发展现状

(１)梯次利用现状(２)拆解回收现状2.国内发展现状1.国外发展现状三、动力蓄电池梯次利用技术

随着电动汽车的使用，动力蓄电池性能逐渐下降，当其不能满足电动汽车使用要求时，就要从电动汽车上退役下来，随着电动汽车销量的快速增长，未来几年动力蓄电池的退役量也将快速增加，图6-5为2020~2025年动力蓄电池退役量预测，2022年动力蓄电池退役量将达31ＧＷ.ｈ.2025年将超过９０ＧＷ.ｈ。

动力蓄电池经过长期车载使用后，其容量或功率都出现一定程度的下降，为了确保电动汽车的动力性能、续驶里程和运行过程中的可靠性，就必须从电动汽车上退役。(１)国内相关政策和标准(２)国外相关政策和标准(１)基于退役电池单体的剩余残值梯次利用(２)基于退役电池模块的剩余残值梯次利用不1.动力蓄电池梯次利用技术体系框架2.目前主要技术和存在问题３.国内外相关政策和标准学习小结１.梯次利用结束后是拆解回收环节，完全报废的电池同样具有很高的回收价值，动力蓄电池的拆解回收包括两种不同的途径:一种是对金属的回收，另一种是对化合物的回收。２.退役汽车电池的梯次利用很好地符合了环境保护的4R原则，即RECYCLE(循环使用)、REUSE(重复使用)、REDUCE(减少使用)、RECOVER(回收资源或改变环境)，具有潜在的经济价值及良好的社会价值。３.动力蓄电池梯次利用技术主要涉及４个方面:①能否用，不是所有的退役动力蓄电池都可以进行梯次利用，在进行梯次利用前，要评估退役动力蓄电池的安全性和剩余残值是否满足应用场景对电池性能的要求。②怎么用，不同的退役动力蓄电池具有不同的状态，其使用的边界条件也不相同，研究并确定不同状态退役动力蓄电池在梯次利用过程中怎么使用，既要确保电池使用过程中的安全性，又要充分发挥电池的剩余性能。学习小结③值得用，梯次利用本身就是对动力蓄电池剩余残值的利用，因此要评估梯次利用过程中的成本与收益，评估动力蓄电池梯次利用的经济性。④停止用，在梯次利用过程中，动力蓄电池的性能也在不断衰退，需根据退役动力蓄电池的性能衰退规律对其在使用过程中的状态进行预判，确定电池性能何时不能满足应用场景的要求，此时应停止退役动力蓄电池的使用。４.从国内外梯次利用技术的探索和实践工作来看，过去数年的研究内容主要包括退役电池性能评判、电池的分选与聚类、电池重组、储能系统集成、应用示范实证等多个技术环节。所采用的技术路线主要有两种，１)基于退役电池单体的剩余残值梯次利用，２)基于退役电池模块的剩余残值梯次利用。５.梯次利用实践仍面临诸多问题，１)梯次利用过程更为复杂，２)梯次利用电池安全隐患大，３)梯次利用电池残值评估成本高，４)梯次利用电池重组成本高，５)新电池技术经济性提高较快。知识巩固任务二

动力蓄电池回收处理项目描述学习目标

本任务主要介绍动力蓄电池机械预处理技术、动力蓄电池人工预处理技术、火法冶金回收技术、湿法冶金回收技术、生物淋滤回收技术，让学生全面的学习预处理技术和回收技术。理论知识

锂离子蓄电池由于其结构复杂性及组分多样性，通常需要通过预处理工艺以便安全高效地移除壳体，并对其有价值的部分进行收集和分类，有利于后续高效安全地回收利用，由于回收处理规模及回收目标的差异，预处理过程主要分为实验室和工业两个级别，实验室预处理方法以人工预处理为主，主要目的是采用简单高效的方法从退役电池中获得活性材料，在人工拆解得到极片后，分离集流体和活性材料的方法有物理分离、有机溶剂溶解、高温煅烧和碱液溶解等。电池拆解在项目１中已经介绍过了，下面重点介绍其他的处理步骤。一、动力蓄电池机械预处理技术１.粉碎和筛分２.浮选与磁选３.机械化学处理理论知识二、动力蓄电池人工预处理技术

由于后续回收处理过程的需求，锂离子动力蓄电池人工预处理过程的重点集中在分离集流体和活性材料，通常使用四种分离方法，即物理分离、有机溶剂溶解、高温煅烧和碱液溶解。1物理分离2有机溶剂分解3高温煅烧4碱液溶解理论知识三、火法冶金回收技术

传统火法冶金回收技术是指在高温或高温￣还原性气氛焙烧条件下，物料经历氧化、还原、分解、挥发等一系列的物理化学变化ꎬ从而得到目标产物的一种手段，在废弃锂离子动力蓄电池的回收中，火法冶金回收技术主要用于有价金属富集的正极材料回收处理，利用正极材料在高温或高温￣还原性气氛焙烧环境中晶体结构的不稳定性，将高价态难溶于酸或水的过渡金属元素氧化物转化为低价态易溶于酸或水的氧化物，甚至可将其转化为金属单质或合金，进而将有价金属富集回收。1.低温熔盐焙烧技术

常规的火法冶金技术存在耗能大、有价金属流失及生成污染性气体等缺点，基于常规的火法冶炼技术。新型复合焙烧技术通过多种回收技术耦合的方式，可以有效降低常规火法冶炼中能源消耗，还可以将易挥发的锂金属进行回收。理论知识四、湿法冶金回收技术

湿法冶金回收技术是指将矿石、经选矿富集的精矿、电池废料或其他原料经与液相反应体系相接触，通过化学反应将原料中所含的有价金属从固相转入液相，然后利用化学沉淀、萃取等方式将溶解于液相中的有价金属富集分离，最后以金属盐化合物的形式加以回收利用的技术。1.常规湿法浸出技术(１)湿法浸出(２)选择性萃取(３)化学沉淀(４)其他处理方法理论知识2.绿色有机酸浸出技术

常规的湿法浸出中，无机酸虽然浸出率较高，但在浸出过程中会产生对环境不友好的废水、废渣和有害气体，对生态环境和人类健康都造成了极大的威胁。电极材料再生１)固相合成法２)水热合成法３)溶胶凝胶法４)其他回收方法-有机酸浸出１)螯合功能有机酸２)还原功能有机酸３)沉淀功能有机酸４)其他有机酸(２)(１)

理论知识五、生物淋滤回收技术

生物淋滤是一种既古老而又年轻的工艺技术，在细菌被发现之前，生物浸矿提铝己经进行了许多个世纪，当时人们并不知道细菌和生物浸出的存在，仅凭经验进行生物提铝，«山海经»中有“石脆之山，其阴多铜，灌水出焉，北流注于禺，其中多流赤者”的记载。

近年，南京农业大学周立祥教授团队建立了用于城市污泥重金属脱除的生产性生物淋滤浸提示范工程，越来越多的研究者尝试将生物冶金用于不同涉重危废中有价金属的浸提回收，尤其是回收价值更高的失效材料类涉重危废，例如废旧电池、废旧电子线路板和失效催化剂等(图6-15)。学习小结机械预处理技术:１.粉碎和筛分

为了减少废旧电池的处理体积并富集有价值的组件，在工业回收过程中需对分类和拆解之后获得的大量单体电池或模块进行粉碎处理。２.浮选与磁选

经粉碎和筛分后，废旧锂离子动力蓄电池的不同组分已经实现了初步分离和富集，基于它们不同的物理特性，包括密度、磁性、热性质、湿润性和电磁行为等，需要进一步进行分选以去除杂质，并提高后续步骤回收处理效率。学习小结机械化学处理:

首先将电池废料磨碎，然后和铝发生反应，生成具有水溶性锂化合物的金属复合材料，然后再将这些化合物溶解在水中，通过加热蒸发水分，来回收锂，由于机械化学反应可在环境温度和压力下发生，因此该方法非常节能，另一个优点是它的简单性，这将有助于在工业规模上大规模使用。人工预处理技术:

对于锂离子动力蓄电池人工预处理过程，首先要对单体电池进行较为简单的人工拆解，通常用刀和锯等工具在密封的手套箱中拆解单体废旧电池，在盐溶液中充分放电及用ＤＭＦ(Ｎ，Ｎ￣二甲基甲酰胺)等溶剂回收电解质溶液后，人工分离得到电池的正极、负极、隔膜和外壳，拆解过程中仅使用相对简单的保护措施，如佩戴安全眼镜