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巴特瑞明躍彬:一種全自動動力鋰電池綜合回收利用技術

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2023年09月14日  

哈爾濱巴特瑞資源再生科技有限公司總經理明躍彬


四月十七日,由電池聯盟、我國電子節能技術協會電池專業委員會、我國高科技產業化研究會、清華大學、北京理工大學主辦的第七屆汽車動力蓄電池回收再生暨二次電池回收和再生技術研討會在北京隆重召開,哈爾濱巴特瑞資源再生科技有限公司總經理明躍彬在會上做了題為《一種高效的動力鋰電池綜合回收利用技術》的演講。以下為演講全文。


(以下內容根據現場文字實錄,未經發言人本人審閱,僅供參考)


我今天介紹一種全自動動力鋰電池綜合回收利用技術,是屬于動力鋰電池回收的預處理或者是前處理的技術。


有關動力鋰電池回收再利用這塊,通過多次業內討論和交流,包括國內很多大學、科研機構以及公司,其實在后處理這塊,包括火法冶煉或者濕法冶煉,相對來說都是有相對成熟的解決方法。其實我覺得瓶頸就是可能看著技術含量不高的前處理這塊,現在我們了解前端的電池沒有一個統一的標準,它的規格,包括它組成模組的形式多種多樣,電池有圓柱的,方形的,軟包,千奇百怪,而且車上的PACK有銅牌,有激光電焊,還有一些電池直接用膠水進行粘連,這給后面的預處理工作帶來比較大的難題,怎么樣把這些經過各種結構連接的電池進行拆解,假如操作不當的話,它可能會著火。同時業內大家也了解,有一些在臺面下的手工小作坊是屢禁不止,對正規公司是有很大的沖擊,還有環保方面的要求,廢水廢氣的處理也是比較大的壓力。


我們正規公司操作的時候有什么樣的挑戰,很多公司在預處理過程中為了保證它的安全,因為安全和環保是公司的兩條紅線,是不能觸碰的,所以很多公司會采取給電池進行放電,我們接觸有一些用設備放電,比如充放電機,或者負載放電,比如一些電負載或者是石墨類,還有浸泡鹽水放電。但是我們覺得,通過一些研究剛才這些放電多多少少有一些問題,假如我們在實驗室階段或者電池生產的時候可以采用這種充放電機,相對新電池的制造成本可以負擔的,但是在廢舊電池的處理里,假如用充放電設備顯然是不理智的,對成本壓力也非常大。負載放電這塊,相對就是通過變相短路的方式,這樣的話有很大熱能的出現,熱能處理不當,對廠區生產安全是比較大的威脅。鹽水放電,乍一看是很環保的,但是問題是最大的。這是我們之前做的實驗,我們是把12只200安時電池放在鹽水槽里浸泡,浸泡了9天,每天會取出2只電池進行各種參數的比對,最后取出這對電池,大家可以看到,初始電壓是3.24和3.28,最后降到的電壓才是3.288,證明還是有電荷的,后面做了破碎的實驗,放到破碎設備里電池著火了,證明鹽水放電首先效率比較低,而且大家可以看到,這是我們泡了五六天以后,不停取出電池,這里鹽水的情況。浸泡的過程當中,它的負極,鋁已經被電解了,變成氫氧化鋁和氫氣,電解液也可以跑出來了,可以看到它的污染。這是完全起泡的狀態,這是浸泡完了以后把電池做了整體的比對,可以看到每個電池極柱都有缺失,最后,這幾只電池,極柱完全沒有了。下面看到下面的電池不斷往外釋放氣體,在周邊可以聞到味道。12只電池,一個小的鹽水池就造成這樣的影響,假如公司界建一個大規模處理的鹽水池,在廢水的安全和環保方面是比較大的挑戰。


有關很多公司進行動力鋰電池放電,一方面是安全的考慮,還有一方面,我們都了解是為了讓鋰離子從負極回到正極,因為鋰電池的活性是通過鋰離子在正負極之間實現的,而鋰電池活性下降重要是材料的衰減,在材料壽命當中有一些正極的鋰在負極就會被嵌入,這是同一模組里兩個電池包,我們采用不同的電壓,一個是3.29,一個是2.89,對鋰離子的采樣。可以看到,即使電壓差的很大,2.89已經接近放電電壓,它實際上在它正極帶的鋰離子的數量還是相當少的,這樣的話假如走材料修復體系的話,你要重新變成磷酸鐵鋰,比例要變成1:1:1,最重要的是鋰的流失,相應你要補充大量的碳酸鋰,重新達到摩爾比例的平衡,相對造價也會更高一些。


另外一個挑戰就是環保,廢氣重要來源于電解液,這些都是有毒的,還有一些公司在處理過程中采用高溫加熱或者是燃燒的方式,防止不了二惡英的問題。還有,在爐內燃燒假如氛圍控制不好可能有爆炸的隱患。其次就是廢水,這塊重要指前處理工藝,不包括后處理工藝。前處理也是電解液帶來的,有機溶劑液有強腐蝕性,還有高COD。還有就是生產環境,無組織排放假如控制不好,有毒有害的氣體量非常大,對工人健康有很大危害。我們收回來的不只是電芯,我們從新能源汽車退下來可能是一個PACK,這樣對人員的操作安全有很大的挑戰。


基于此我們公司提出了一個解決方法,就是叫自動化動力鋰電池綜合回來利用的解決方法,這是我們整個方法的三維模擬效果圖。首先,我們采用全套流水線機械設備,電池和模組都可以在設備進行整體破碎,破碎后電解液進行整體回收,采用各種分離技術對物料進行分離,得到最終的產品有殼體,還有金屬殼體,還有銅和鋁,隔膜是完全回收的,而不會變成有害氣體,還有一個產物就是正負極粉料,我們也可以做到分離,像我們前面對鋰離子的考慮,我們覺得正負極粉料意義不大。我們采用防腐材料,可以抗氫氟酸的腐蝕,整個設備目前已經實現了全線的自動化,人工大大減少。處理能力是這樣,所有的電池或者模組不用經過前處理放電,這樣可以大大提升效率,節省成本,提高系統安全性。同時,兼容性強,可以做到目前市面上不管什么樣的電池,圓的方的塑料的軟的硬的都可以處理,不限體系,外形什么樣的都可以,可以按照客戶的定制,最低產量不低于2000噸每年,這是按照8小時計算,假如7×24小時來算產量可以達到6000噸以上。環保問題,生產過程中不用水,無廢水污染,無組織的廢氣排放,只要達標處理被收集的廢氣,只要經過環保配套措施,達標處理就可以排放了。這是目前我們產線實際處理的情況,電池8個品牌11種類型電池,圓柱電池,圓柱電池模組。這是我們得到最終產品的圖片,一些連接件還有外殼殼體,物料和一切殼體上的連接件,物料較重,分離純度較高,可以達到95%以上。銅粒和鋁粒,還有隔膜和正負極的粉料。


這是我們兩個實驗,一個是沒有經過保護的,大家可以看到帶電的電池在里面破碎會著火,大家看到這個沒有發生著火的現象。這是送到第三方檢測機構的檢測報告,粉料有兩種來源,一種鋰可以達到20%多,一種鋰可以達到30%,這里最重要的干擾是銅箔和鋁箔的干擾,銅已經做到了1%以下,鋁在2%到4%左右。這是我們其他的檢測報告,前面這份是回收電解液當中出現的一些氣體的報告,右邊是我們去年和一家新能源公司的回收再利用項目做的環評報告,這是一個送審稿。這是我們國內技術和國際技術比較,有以下特點,電池不要放電,整套設備能夠拆解所有的動力鋰電池,是柔性尺度最大的技術。我們全部采用物理拆解,提取部分是交給用戶自行處理。自動化程度完全是實現自動化,從上料到打包。相對能耗來說,無冶煉加熱,也無化學添加,能耗較低。環境方面,環境可控,基本無組織排放,有組織排放好處理,而且重要污染物是廢氣,沒有廢水。回收效率較高,廢物排放全部是達標排放的。


給大家介紹一下我們公司,我們公司是在2016年被北京聯美量子科技有限公司收購,上面有一個公司是聯美集團,重要有六大板塊業務,我們是屬于新能源板塊下屬的哈爾濱巴特瑞公司是一家研發機構,聯美量子集團進入這個領域就打造一個新能源再生利用的一個環保的新基地。今年集團重要規劃,就是在國內建立回收基地,進行動力鋰電池的梯次利用,拆解,以及電池系統的生產等業務。可以看到我們集團的產業規劃,動力鋰電池的梯次利用也好或者是再生利用,它雖然屬于循環利用,但是它離不開新能源電池包括新能源汽車大的產業圈,其實會在這里跟上下游有密不可分的關系,所以我們集團的戰略也是這樣,我們希望在產業圈里跟我們的上下游公司能夠緊密配合,發揮我們的優勢,也歡迎其他產業合作伙伴跟我們一起,雙方優勢互補,共同做好再生利用和梯次利用的項目。


接下來是我們哈爾濱巴特瑞這邊,成立的時間是在2015年,成立開始的使命就是研究兩個利用,梯次利用+再生利用。我們從2015年開始研究再生利用的技術,和哈爾濱工業大學合作研發,到目前為止我們再生利用前處理技術已經升級了兩個版本,目前這套我們之前從來沒有對外宣傳,現在是我們經過了兩年多的準備,覺得我們這套產品非常成熟了,才正式對外宣傳和推廣。研發過程中我們參和了相關國標的制定,同時圍繞這套自動化拆解技術申請專利20多項,有一半已經獲得了授權,今年定位希望為我們行業內的合作伙伴和客戶供應整個動力鋰電池前處理的工藝包的深度服務,2018年希望和各位有深度的交流和合作,謝謝大家。


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