По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 631.95

Методы утилизации литий-ионных аккумуляторных батарей

Каперзов А. О. инженер, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 1. E-mail: rosagroserv@list.ru

В данной статье рассматриваются технические методы утилизации литий-ионных аккумуляторных батарей с выделением их преимуществ и недостатков.

Литература:

1. Электронная база данных EV Volumes, годовой отчет Global Plug-in Sales in 2017. — 2017.

2. Battery University Types of Lithiumion. — URL: http://batteryuniversity. com/learn/article/types_of_lithium_ion.

3. Materials and Energy fl ows in the production of cathode and anode materials for lithium ion batteries: Argonne national laboratory September 2015. — 56 с.

4. Burnham A. Updated Vehicle Specifi cations in the GREET VehicleCycle Model: Center for Transportation Research Argonne National Laboratory. — 40 с.

5. Benjamin D. H. Knightsb, Fadeela Saloojee LITHIUM BATTERY RECYCLING: Green Economy Research Report, 2015. — 43 с.

6. Dismantling Guide Nissan Leaf. — 2013. — 44 с.

7. Journal of The Electrochemical Society, 158 3 R1-R25. — 2011.

8. Journal of Power Sources 208 (2012)

210. — 224.

9. Jan Tytgat Umicore Battery Recycling. — 2012. — 18 c.

10. Kushnir D. Lithium Ion Battery Recycling Technology 2015: Current State and Future Prospects. Environmental Systems Analysis. Chalmers University, Göteborg, Sweden // ESA REPORT. — 2015. — 56 с.

Литий-ионная батарея — основной тип аккумулятора, используемого для питания электрифицированного транспортного средства. Ее масса составляет от 15 до 30 % от общей массы электромобиля. В ее состав входит значительное количество черных и цветных металлов, а также других ценных материалов, которые по окончании ее эксплуатации необходимо восстановить и повторно использовать [3, 4].

На основании проведенного научного анализа технических методов утилизации литий-ионных аккумуляторных батарей определить наиболее эффективный способ, дать им соответствующую оценку и рекомендации для практического использования.

На данный момент наиболее распространенной технологией утилизации является метод физической утилизации литий-ионных батарей — наиболее простой в исполнении и не требующий значительных масштабов. Ее суть заключается в разрушении целостности ячейки с помощью специального оборудования, снабженного затворным механизмом, и ручном отборе материалов, требующих дальнейшего восстановления. Вся эта работа должна происходить в специально поддерживаемых условиях температуры и влажности (температура 21 °С, относительная влажность — 0,5), причина которых связана с одним из основных недостатков данного метода — риском пожаровзрыво опасности батареи во время процесса ее утилизации. Кроме того, в связи с неавтоматизированостью процесса данный метод обладает незначительной производительностью и постоянно варьирующим значением количества восстановимого материала (от 50 до 70 %) [5–8]. Поэтому были рассмотрены следующие методы, способные справляться с задачей утилизации и лишенные данных недостатков. Общий процесс данного метода изображен на рисунке 1.

Европейская компания Umicore разработала процесс плавки, в котором батареи, которые могут быть демонтированы до уровня модуля, подаются в высокотемпературную шахтную печь вместе с шлакообразующим агентом, который обычно представляет собой смесь известняка, песка. Шахтная печь имеет три зоны нагрева. В первой, так называемой зоне предварительного нагрева температура достигает около 300 ºC. Эта температура снижает риск взрыва батареи, в связи с тем что электролит медленно испаряется. Следующей зоной является так называемая зона пиролиза пластмасс, температура в которой около 700 ºC. Сжигание пластика батареи помогает поддерживать высокую рабочую температуру и уменьшает общую энергию потребления дальнейшей стадии плавки. Последняя зона — плавильная и восстановительная зоны, где металлический материал превращается в шлак, содержащий литий, алюминий, силикон, кальций и небольшую часть железа. Если в материале катода присутствует марганец, он также попадает в шлак. Кроме того, образуется сплав меди, кобальта, никеля и оставшейся части железа. Эта стадия происходит при температуре, которая достигает 1200–1450 ºC. Газы, выходящие из плавильной зоны, обрабатываются в камере сгорания, где нагреваются до температуры выше 1150 °С с помощью плазменной горелки. Эта операция необходима для захвата галогенов из электролита. Для достижения этого захвата и предотвращения образования диоксинов или фуранов добавляют ZnO. Также необходима дальнейшая дополнительная очистка газа [9, 10]. Схематически весь процесс показан на рисунке 2.

Для Цитирования:
Каперзов А. О., Методы утилизации литий-ионных аккумуляторных батарей. Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт. 2018;7.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: