年产4000吨新能源锂电池负极材料和6000吨废旧锂电池资源回收再生建设项目分析方案

年产4000吨新能源锂电池负极材料和6000吨废旧锂电池资源回收再生建设项目分析方案1.1项目基本情况工程基本情况见表3-1。表3-1工程基本情况一览表项目名称年产4000吨新能源锂电池负极材料和6000吨废旧锂电池资源回收再生建设项目建设单位某市国能科技有限公司建设性质新建建设地点某市产业集聚区工业大道南侧（泰鑫鼎基商砼站西侧）生产规模年产新能源锂电池负极材料4000吨、年回收再生废旧锂电池资源6000吨行业类别C42废弃资源综合利用业投资总额32000万元占地面积35096.6m2（52.6亩）劳动定员100人（其中管理人员15人），其中50人在厂区食宿。工作制度年工作300天，两班制（工作时间6:00~22:00）投产日期2019年4月1.2项目地理位置及厂区平面布置1.2.1厂区地理位置某市国能科技有限公司年产4000吨新能源锂电池负极材料和6000吨废旧锂电池资源回收再生建设项目位于某市产业集聚区工业大道南侧、泰鑫鼎基商砼站西侧，项目地理位置见附图1。1.2.2厂区平面布置①本项目属于新建项目，占地52.6亩，整个厂区分为北部办公区和南部生产区；②厂区内四周有环形道路，北部临近工业大道区域作为厂区主出入口，方便车辆、人员顺利出入；③生产区位于厂区南部，分别为废旧电池资源再生车间、负极材料生产车间；2座车间独立作业，减少了物流周转环节；各主功能单元分区合理、布置紧凑，防止相互干扰，有益于车间内生产环境，保证工艺流程顺畅简捷，有利于针对性环保措施的落实。④根据区域气候资料，本区内常年主导风向为西北风，将生产区置于厂区南部，办公区处于主导风向的上风向，职工办公生活环境处于有利位置。⑤根据周边敏感点分布情况可知，项目周边环境敏感点均较远（距离最近的敏感点为490m），故周边环境对项目平面布局制约较小。厂区总平面布置合理，详见附图3。1.3废旧电池类型及再利用方案1.1.1废旧电池来源及类型废旧电池主要包括2种：一种为经过长时间的使用、故障或者不合格的汽车动力锂电池包。汽车动力电池包从大的方面说，主要包括外壳（金属或塑料）、集流体（导电体）、电芯（电源）。另一种为电池制造企业淘汰的，不满足进一步加工生产要求的电池芯。来源：①废旧电池芯主要来源于大型锂电池企业生产过程中淘汰下来的不合格品，主要是正负极卷绕工段经检测发生短路或绕偏、出现极片脱粉现象、极片有损伤、极耳脱落等。比如比亚迪、中航锂电、北京国能、中牟国能等国内汽车锂电池大型企业。②废旧锂电池包主要来源于汽车、电动车等用能工具淘汰下来的动力电池。这部分废旧电池由专门的分类收集单位妥善分类后，运输至本项目区。规格型号：10Ah（安时）、20Ah、60Ah、100Ah、120Ah。正负极材料：目前动力锂电的正极材料主流为磷酸铁锂（约占废旧电池量的70%）；呈较强上升趋势的正极材料为三元材料（镍钴锰，约占30%）。本次拆解对象的正极材料为磷酸铁锂和三元材料，负极材料为石墨。极耳：正极极耳为铝箔，负极极耳为铜箔或镍箔。电池芯集流体电池芯集流体汽车动力锂电池包外壳铝正极铝塑壳铜负极外壳铝正极铝塑壳铜负极已经过初步筛选过的电池芯图2-1进厂的电池外观表3-2进厂废旧电池基本情况一览表废电池类型产生环节废物类型电池特征进厂规模t/a预计处理情况来源动力锂电池汽车、电动车动力电池报废一般废物带电，含电解液4000修复再生：2500t/a废旧电池回收单位经分类后，运入本厂区拆解回收正负极材料：1500t/a锂电池芯电池生产企业报废不带电，无电解液2000修复再生：1500t/a比亚迪、中航锂电、北京国能、中牟国能等国内汽车锂电池大型企业拆解回收正负极材料：500t/a1.1.2废旧电池再利用方案①进厂电池的贮存进厂后的电池先进行分类分拣，一般按照规格型号、正负极材料、极耳作为分类的依据。然后进入贮存间贮存。根据《国家危险废物名录》（2016年），废旧锂电池不属于危险废物。故评价要求，废旧锂电池进厂贮存按照一般工业固体废物进行管理。根据建设单位提供的资料，废旧电池进厂后，在1#厂房内设置有专门的废电池贮存间，分类妥善贮存，不露天堆放。1#厂房为重点防渗单元，可做到防渗、防淋、防流失，满足《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）及其修改单的要求。②废旧电池的利用采用专门的设备进行检验，主要考查其是否可修复再利用，对于修复可再生利用的电池，进入电池修复再生生产线，对于不可修复再生的电池进入拆解工序。进厂后分类贮存进厂后分类贮存检验可修复利用不可修复利用进入修复再生生产线进入拆解回收线修复再生后，梯次利用回收资源材料（正负极材料）北京国能、中牟国能等锂电池生产企业淘汰的电池（2000t/a）市场上回收单位回收的废旧动力锂电池（4000t/a）汽运汽运年修复再生电池4000t/a废塑料外售废金属外售负极粉500t/a正极粉700t/a废塑料主要包括：塑料外壳、铝塑膜、隔膜等。废金属主要包括：极片极耳（铜箔、铝箔、镍箔）、金属外壳（铝合金等）损失外售给电池生产企业150t/a500t/a150t/a图2-2进厂废旧电池再利用方案1.3项目产品方案及生产规模根据建设单位提供的资料，动力电池退役的大部分原因是由于电池重复充电、放电，电池包整体容量衰减，在对可利用的电池芯进行再生修复后，根据需要组装成一定容量的电池，可作为车用动力电池（如公园景区内的短距离电动场地车、游览车及其他电动车等），也可以作为太阳能、风能、光伏发电等清洁能源梯次利用储能装置。经检验，不具备修复再生条件的电池，进入电池拆解生产线，主要回收其中的正负极材料，作为拆解工程的主要产品。项目设负极材料生产线1条，采用外购的石墨精粉生产精品负极材料。本项目产品方案一览表见表3-3。表3-3工程产品方案一览表序号产品名称规格产量(t/a）备注利用方案1再生电池48V10Ah48V20Ah56V60Ah64V80Ah64V100Ah4000进厂的废旧电池经修复再生后，组装外售。再生电池可作为车用动力电池、太阳能路灯储能电池、电动车电池、通信基站电池等，根据情况实现梯次利用。2负极材料精品粒径10~90μm3500外购石墨精粉加工外售给锂电池制造企业（以北京国能和中牟国能为主）3再生粒径10~90μm500废旧电池资源拆解再生获得主要成分：石墨4正极材料粒径10~90μm500磷酸铁锂粒径10~90μm200镍钴锰酸锂三元材料5副产品塑料外壳/50塑料类（聚丙烯PP、聚乙烯PE等）外售给塑料回收再生企业分类回收利用6铝塑膜/607隔膜/408金属外壳/120金属类（铝合金、铜、铝、镍等）外售给废旧金属回收再生企业分类再生利用9铜箔/15010铝箔/15011镍箔/80拆解工序产生的废物，均为一般废物。1.4经济技术参数本项目经济技术参数见表3-4。表3-4本项目经济技术参数一览表序号名称单位数值备注1总投资万元32000/2占地面积m235096.6建设生产车间2座、办公及附属设施，总建筑面积19020m23职工人数人10050人在厂区食宿。4年工作日数天300两班制（6:00-22:00）5年销售收入万元10200/6年利税万元4200/1.5项目组成及建设内容本项目主要建设内容包括生产车间、配套工程、公用工程及环保工程等。本项目主要建设内容及组成见表3-5。表3-5本项目组成及主要建设内容工程项目单项工程生产单元及主要设施主体工程1#车间电池拆解再生车间；1F全封闭钢结构，高9m，建筑面积3744m2。主要功能区包括：原料暂存区、检验区、修复再生区、组装区、机械拆解室、资源材料回收区。主要设备包括：检验设备、修复设备（焊机、冲壳、叠片机、注液机等）、组装线、机械拆解机、搅拌机、压滤机等。2#车间电池负极材料生产车间，1F全封闭钢结构，高9m，建筑面积4680m2。主要功能区包括：原料暂存区、下料区、加工区、包装区。主要设备：混料机、除磁机、螺旋输送机、打包机等。公用及辅助工程办公楼1座，4F，建筑面积2400m2。办公、住宿、食堂。研发楼1座，5F，建筑面积7800m2。办公。配套用房396m2，配电、维护、门卫、车棚、导热油炉房等。供电区域电网接入；供气市政燃气管道蒸汽市政蒸汽管道给水市政给水管网排水全厂实现雨污分流。雨水经雨水管道排入市政雨水管网。污水经处理达标后接工业大道污水干管，排入某市产业集聚区污水处理厂。环保工程污水处理生产废水经絮凝沉淀预处理后，与生活污水同进入厂区污水处理站（水解酸化+接触氧化，20m3/d）处理，达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）表4中三级标准后，经市政管网，排入某市产业集聚区污水处理厂有机废气净化设施引风机引至催化燃烧装置及蓄热焚烧装置处理，废气经处理后，经排气筒排放粉尘经袋式除尘器处理，经排气筒排放食堂油烟静电油烟净化器1套危险废物设危废暂存库1座，由有危废处置资质的单位处置1.6项目原辅材料及资能源消耗1.6.1原辅材料消耗本项目主要原辅材料及能源消耗见表3-6。表3-6主要原辅材料消耗情况一览表序号原辅材料使用量厂区贮存量包装形式备注1废旧电池及电池芯6000t/a1000t/由合作单位负责运送至项目区。项目针对的废旧电池为汽车锂电池、电动车锂电池及其他动力锂电池。2精品负极材料石墨粉3290t/a1000t纸塑复合袋用于生产精品负极材料；规格：粒径10~90μm；3石墨烯70t/a20t纸塑复合袋用于生产精品负极材料；规格：粒径10~90μm；4硅铝粉140t/a50t纸塑复合袋用于生产精品负极材料；规格：粒径10~90μm；5电池拆解回收NMP600t/a200t罐装正极材料溶剂；N-甲基吡咯烷酮（液体）；NMP循环使用。6环己醇500t/a200t罐装负极材料溶剂；液体；环己醇循环使用7电池修理铝带300t/a100t/用于制作正极极耳8铜带400t/a100t/用于制作负极极耳9镍带100t/a50t/用于制作负极极耳10电解液300t/a80t桶装电池注液工序11铝塑膜100t/a30t/电池内壳12塑料外壳150t/a30t/电池外壳，外协加工，成品购入13其他配件60t/a10t/导线等14新鲜水15480m3/a/市政供水管网15电144万度/市政电网16蒸汽6000t/a/市政供热管网17天然气136.8万m3/a/市政燃气管道本项目只得回收利用磷酸铁锂电池和三元电池，不得回收其他类型电池。1.6.2主要原料理化性质及作用（1）NMPN-甲基吡咯烷酮（NMP）是一种选择性强、稳定性好的极性溶剂，具有毒性低、沸点高、溶解力强、可生物降解、可回收利用、使用安全和适用于多种配方用途等优点，理化性质见表3-7。表3-7NMP理化性质一览表标识中文名：N-甲基吡咯烷酮，又称1-甲基-2吡咯烷酮或N-甲基-2-吡咯烷酮英文名：N-MethylpyrrolidoneCAS号：872-50-4/分子式：C5H9ON分子量：99.13理化性质外观：无色~黄色透明油状液体气味：稍有胺的气味PH值：7.7~8.0（10%溶液）溶解性：能与水、醇、醚、酮、卤代氢、芳烃互溶熔点（℃）：-24比重（水=1）：1.026-1.033沸点（℃）：203蒸汽密度（空气=1）：1.4饱和蒸汽压（Kpa）：0.345mmHg（25℃）燃烧热（kJ/mol）：无意义燃烧爆炸危险性燃烧性：遇明火、高温可燃；燃烧分解产物：一氧化碳、氧氮化物闪点（℃）：96聚合危险：不聚合爆炸极限（体积分数%）：0.99-1.9%稳定性：稳定自燃温度（℃）：270禁忌物：高温、明火、强氧化剂腐蚀性对大多数金属无明显的腐蚀性。毒性毒性：属低毒性。急性毒性：LD507725mg/kg（大鼠经口）；5000mg/kg（大鼠经皮）反应性在碱催化剂存在下与烯烃作用，在第3位发生烷基化反应。N-甲基吡咯烷酮为弱碱性，能生成盐酸盐。与重金属盐形成加合物，例如与溴化镍加热到150℃，生成NiBr2(C5H9ON)3，熔点105℃。对人体危害健康危险：本品对眼睛和皮肤有刺激作用，吸入引起恶心、头疼、失去知觉，食入对肠胃有刺激，引起恶心、腹泻。NMP在本项目中的作用：在电池生产过程中，正极材料涂布之前需先进行制浆，制浆过程：正极材料（磷酸铁锂、导电剂炭黑、聚偏氟乙烯（PVDF））经真空干燥箱进行干燥预处理，去除原料中微量水分。干燥后的原料用电子秤精确计量后经负压进料机进入搅拌机，随后加入N-甲基吡咯烷酮（NMP），在真空搅拌机内密闭搅拌均匀后制成浆状的正极物质，然后通过真空管道送入中转罐中储存。正极浆料采用NMP作为溶剂，在后面的涂布烘干过程中NMP全部挥发，其余的磷酸铁锂、导电剂、PVDF全部留在集流体铝箔上，成为电池的正极片。磷酸铁锂、炭黑等材料均不溶于NMP，故制浆过程中，NMP作为PVDF的溶剂。本项目正极材料均附着在正极板上，之间由PVDF粘结，为使正极材料与极板及正极材料之间相互分离，故将正极板置于搅拌机内，在NMP溶剂浸泡作用下，使PVDF溶于NMP中，正极材料在无粘结剂粘结的情况下，自动分离，从而实现正极材料的回收。（2）环己醇环己醇是一种用途广泛的工业原料，具有醇类的一般性质，属脂环醇，有近似樟脑和杂醇油的气味，主要用于生产己二酸、己二胺、环己酮、己内酰胺，也可用作肥皂的稳定剂，制造消毒药皂和去垢乳剂，用作橡胶、树脂、硝基纤维、金属皂、油类、酯类、醚类的溶剂，涂料的掺合剂，皮革的脱脂剂、脱膜剂、干洗剂、擦亮剂等。表3-8环己醇理化性质一览表标识中文名：环己醇，又称安醇。英文名：CyclohexanolCAS号：108-93-0/分子式：C6H12O分子量：100.16理化性质外观：无色油状液体，低于凝固点时呈白色结晶气味：有类似樟脑的气味PH值：中性溶解性：能与乙醇、乙酸乙酯、二硫化碳、松节油、亚麻子油和芳香烃类混溶。20℃时水中溶解度为1.6g/100g熔点（℃）：25.1比重（水=1）：0.9455沸点（℃）：161.1蒸汽密度（空气=1）：1.45蒸气压：0.98mmHg(25C)燃烧热（kJ/mol）：3726.67燃烧爆炸危险性燃烧性：遇明火、高温可燃；燃烧分解产物：一氧化碳、氧氮化物闪点（℃）：68稳定性：稳定爆炸极限（体积分数%）：1.52~11.1%禁忌物：高温、明火、强氧化剂燃点（℃）：300/腐蚀性对大多数金属无明显的腐蚀性。反应性具仲醇的化学反应性。与金属钠作用生成醇钠。氧化时生成环己酮，继续氧化生成己二酸。毒性毒性：属低毒性。急性毒性：大鼠经口LD50：2060mg/kg。吸入环己醇蒸气时略有麻醉性。与苯不同之处是对血液无毒。对皮肤、黏膜的刺激比环己烷强，动物实验发现能引起肝、肾、血管的病变。环己醇吸湿性很强，在贮存和使用中应注意。嗅觉阈浓度0.20mg/m3。TJ36-79规定车间空气中最高容许浓度为50mg/m3。对人体危害健康危险：吸入环己醇蒸气时略有麻醉性。与苯不同之处是对血液无毒。对皮肤、黏膜的刺激比环己烷强，动物实验发现能引起肝、肾、血管的病变。环己醇在本项目中的作用在电池生产过程中，负极极片的制造是将石墨、导电剂、CMC（羧甲基纤维素钠）、SBR（丁苯橡胶）、纯水经电子秤精确计量后进入搅拌机，在真空搅拌机内密闭搅拌均匀，制成均匀的浆状负极物质，然后通过真空管道送入中转罐中储存。负极浆料采用纯水作为溶剂，在后面的涂布烘干过程中水全部挥发，其余的石墨等物质全部留在集流体铜箔上，成为电池的负极片。负极材料的粘结剂主要为CMC和SBR。本项目负极材料的回收使用环己醇，主要作为SBR的溶剂，将石墨与粘结剂分离，为后续的压滤、烘干做准备。（3）电解液电解液以锂盐（六氟磷酸锂）为溶质，碳酸酯类为溶剂，主要成份为碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）和碳酸乙烯酯（EC）。分子式：LiPF6，分子量：151.91性质：白色结晶或粉末，相对密度1.50。潮解性强；易溶于水、还溶于低浓度甲醇、乙醇、丙酮、碳酸酯类等有机溶剂。暴露空气中或加热时分解，放出PF5而产生白色烟雾。用途：六氟磷酸锂主要用作锂离子电池电解质材料，六氟磷酸锂电解液主要用于锂离子电池制造。（4）天然气表3-9天然气成分分析（%）项目N2CO2CH4C2H6C3H8C7nC4H10其他高位发热量硫化氢数据0.9531.3295.0151.6220.3540.0970.1480.06237.59MJ/m3＜20Nmg/m31.7主要生产设备本项目主要生产设备见表3-10，检测设备见表3-11。表3-10本项目主要生产设备设施一览表序号生产车间及生产线设备名称数量（台/套）备注1电池拆解车间；废旧电池修复生产线放电柜42叠片机43超声波焊接机34点焊机35冲壳机46顶封机47侧封机48注液机89静置箱810化成分容柜5011抽气封312剪裁机413自动拆边机4/14组装线4/15电池拆解车间；废旧电池拆解生产线拆解设备5/16搅拌机4/17溶剂回收设备2套蒸馏釜10m32蒸馏冷凝182级冷凝塔219回收罐85m320真空系统221NMP储罐72个300m3，5个60m322环己醇储罐72个300m3，5个60m323压滤机224球磨机425全封闭气流烘干机2负极回收系统26烘干机6箱式烘干设备27清洗水槽83m3/个28导热油炉2天然气，4t/h，一备一用29负极材料生产车间：负极材料生产线混料机230除铁机2/31筛分分级筛2/32包装设备43-11本项目主要检测设备一览表序号名称型号数量（台/套）用途一废旧电池检测、分选、重组设备1条码扫描枪60扫描条码2托盘97转移物料等3周转车30转移物料等4动力电池分选机Afz-026动力电池分选5电池模块综合测试系统AV-90010电池模组电性能检测及模拟工况测试6电池测试仪48V、56V、64V40动力电池测试7电池组检测柜HYN-BP-60V40A20电池模块性能检测8动力电池检测仪HT-V5C50D50-3210动力电池电化学性能测试9电池检测柜5V300A-1020动力电池电化学性能检测10内阻电压测试柜ATR-48S-48点10内阻电压测试11内阻电压测试柜HYA-0CV/3210内阻电压测试12电脑HP/DELL40连接并操控测试设备二电池安全测试设备1电池燃烧试验机BE-60462电池燃烧实验2电池振动试验机RT-550ZY2电池振动实验3恒流恒压源HYN-BP-100V-400A2电池过充、反充、过放实验4进口盐雾试验箱YWX/Q-1502电池耐盐雾实验5高低温检测箱CEEC-WGD-1000C2动力电池及电池模块高低温检测6高低温冲击试验箱CEEC-CJ-1000B2动力电池及电池模块电池温度冲击试验7高低温交变湿热试验箱CEEC-WSJ-1000C2动力电池及电池模块交变湿热试验8电池过充过放防爆箱BE-0012电池过充过放检测保护9卧式动力电池挤压试验机BE-AP-6045S2电池挤压