Die Recyclingtechnologie für Lithiumbatterien folgt dieser Reihenfolge: Zunächst werden Produktionsabfälle und defekte Produkte recycelt. Anschließend werden ausgemusterte Lithiumbatterien recycelt. Daher kam zuerst die Elektrodenleitungstechnologie, gefolgt von der Batterieleitungstechnologie.
Zweiwellen-Langsamläufer
Typisch für die Elektrodenlinientechnologie sind langsam laufende Zweiwellen-Zerkleinerer. Dabei wird das Kathodenabfallmaterial üblicherweise über ein Förderband transportiert. Es gelangt zur Vorzerkleinerung in einen Zweiwellen-Zerkleinerer. Dabei entsteht eine Partikelgröße von ca. 100 mm. Anschließend gelangt das Material am unteren Ende in den Prallbrecher zur Nachzerkleinerung. Die Partikelgröße variiert je nach Bedarf der nachgeschalteten Anlage zwischen 10 mm und 30 mm. Durch die Verwendung eines Zerkleinerers zur Vorzerkleinerung wird ein Verstopfen des Prallbrechers vermieden, da weniger Materialverwicklungen entstehen. Zerkleinerer und Brecher sind übereinander angeordnet.
Warum ist die Verwendung eines Doppelwellen-Langsamzerkleinerers nicht zu empfehlen?
Viele Unternehmen und Institutionen erweitern ihre Batterieserien mithilfe der Elektrodentechnologie. Dabei übersehen sie häufig neue Innovationen, die für ausrangierte Lithiumbatterien entwickelt wurden.
Ausgediente Lithiumbatterien ähneln nicht mehr langen Streifen aus Altelektroden. Ihnen fehlt eine stabile Außenhülle. Lithiumbatterien gibt es üblicherweise in drei Formen: zylindrisch, als Softpack und quadratisch. Das Gehäusematerial ist stabil. Das Innenmaterial ist fest gewickelt oder scheibenförmig. Dies unterscheidet sich deutlich von den losen, langen Streifen aus Altelektroden.
Zweitens werden ausgediente Lithiumbatterien geladen. Jeder Bruch beschädigt zunächst die Membran. Dazu gehören Penetration, Extrusion, Durchstoßen von Lithiumdendriten, Schrumpfen, Schmelzen und Kollabieren. Infolgedessen tritt ein interner Kurzschluss auf. Falsche Bruchmethode und falsche Arbeitsbedingungen können zu einem schnellen Temperaturanstieg und Hitzestau führen. Steigt die Temperatur kurzzeitig an, bricht der SEI-Film in der Batterie zusammen. Dadurch kommt der Elektrolyt mit dem Lithiummetall im Graphit der negativen Elektrode in Berührung. Zwischen der positiven und der negativen Elektrode kommt es zu einer gegenseitigen Beeinflussung. Das Material der positiven Elektrode ändert seine Phase und setzt Sauerstoff frei. Dieser Sauerstoff reagiert mit dem reduzierten Lithiumcarbid der negativen Elektrode. Es kommt zum thermischen Durchgehen, das zu Unfällen wie Rauch, Feuer und Explosionen führen kann.
Sicherheitsaspekte beim Einsatz von Doppelwellen-Langsamzerkleinerern
Der Stickstofffluss hilft, den Sauerstoffgehalt zu kontrollieren. Dies verhindert, dass beim Zerkleinern carbonathaltige Lösungsmittel aus dem Elektrolyten freigesetzt werden. Diese Lösungsmittel können sich bei Flammpunkttemperaturen entzünden. Führt der vorübergehende Temperaturanstieg dazu, dass das Kathodenmaterial seine Phase ändert und Sauerstoff freisetzt, sinkt die Schutzwirkung der Stickstoffkontrolle erheblich. Ein langsames, zweiachsiges Zerkleinerungsverfahren kann in geladenen, ausgemusterten ternären Batterien zu Bränden führen. Ausgemusterte, geladene Lithium-Ionen-Batterien sind stabiler und fangen seltener Feuer. Sie können jedoch weiterhin schädliche Dämpfe und Rauch freisetzen.
Der Zerkleinerungsprozess muss den Temperaturanstieg der Batterie durch Kurzschluss effektiv kontrollieren. Der langsam laufende Zweiachsen-Zerkleinerer läuft mit 5–70 U/min. Diese Geschwindigkeit lässt zu viel Zeit für den Temperaturanstieg durch Kurzschluss. Dies kann zu einem thermischen Durchgehen führen. Die Zeit ist die einzige wichtige kontrollierbare Variable.
Ursachen von Sicherheitsproblemen
Um Rauch, Feuer und Explosionen zu vermeiden, verlangen Hersteller dieser Art von Geräten häufig das Entladen von Batteriezellen. Dies gilt insbesondere für geladene Dreistoffbatterien. Doch ob Entladung durch physikalische Last, Entladung durch chemische Salzlösung oder andere Methoden – dies hat erhebliche Nebenwirkungen. Den Artikel über die Nebenwirkungen der Einzelzellenentladung finden Sie auf dem offiziellen WeChat-Konto. Warum ist das Entladen von Batteriezellen im nationalen Standardprojekt „Sicherheitstechnische Spezifikationen für die Demontage und Zerkleinerung von Fahrzeugbatterien“ so wichtig? Dies steht im Widerspruch zur aktuellen Technologie zur direkten Zerkleinerung geladener Batterien, die Industriebetreiber benötigen.
Nach der Zerkleinerung folgt der Pyrolyseprozess. Dieser Prozess benötigt die größte Heizfläche für das zerkleinerte Material. Der langsam laufende Zweiwellen-Zerkleinerer zerkleinert das Batteriematerial nicht optimal. Dies führt zu einer mangelnden Ausdehnung der Heizfläche. Wird direkt im Anschluss ein Hammerbrecher eingesetzt, wickelt sich die Kupfer- und Aluminiumfolie um das schwarze Pulver. Dies schwächt den Zerkleinerungseffekt und reduziert die Pyrolyse-Heizfläche noch weiter.
Es gibt mehrere kleinere technische Neuerungen:
- Kontrollieren Sie den Sauerstoffgehalt, um mehr Fluor in Fluorwasserstoffgas umzuwandeln. Dies verhindert die Bildung von Lithiumfluorid im Schwarzpulver und erleichtert die Nassextraktion.
- Beheben Sie den Temperaturanstieg durch Mikrokurzschlüsse und verhindern Sie Stromschläge in zerquetschten Materialien.
- Maximieren Sie die erhitzte Oberfläche zerkleinerter Materialien, um den Pyrolyseprozess zu verbessern.
- Halten Sie Kupfer- und Aluminiumfolien intakt. Dies verhindert die Bildung von Aluminiumpulver beim Zerkleinern. Dies erleichtert das spätere Sortieren und Entfernen von Kupfer und Aluminium.
Die beste Wahl nach technologischer Iteration – Hochgeschwindigkeits-Scheranlagen
Schließlich haben wir die Elektrodenleitungstechnologie aufgegeben. Stattdessen konzentrierten wir uns auf ausgediente Batterierohstoffe. Basierend auf den Forschungsergebnissen und der praktischen Arbeit unseres Ingenieurteams haben wir die zweiachsige, langsame Zerkleinerungstechnologie geändert. Jetzt verwenden wir eine Hochgeschwindigkeits-Scher- und Zerkleinerungstechnologie. Wir haben sie unter anderem im Zhejiang Tianneng Huzhou-Projekt und im Ningbo Wei Fu Lishui-Projekt eingesetzt. Die Ergebnisse waren positiv und iterativ.
Empfohlene Hochgeschwindigkeits-Schergeräte
Zyklonmühlentechnologie: Ein revolutionärer Durchbruch beim Trockenstripping
Zyklonmühlen nutzen einen Hochgeschwindigkeits-Luftstrom zur Pulverisierung. Der schnelle Luftstrom in der speziellen Mahlkammer lässt die Materialien aufeinanderprallen und aneinander reiben. Dieser Prozess entfernt Elektrodenmaterialien effizient. Diese Technologie löst die Probleme der herkömmlichen mechanischen Pulverisierung und vermeidet die Umweltverschmutzung durch Nassprozesse. Darüber hinaus eröffnet sie neue Wege für das Recycling von Lithiumbatterien.
Die Zyklonmühle ist modular aufgebaut. Sie umfasst im Wesentlichen:
- ein Zuführsystem,
- ein Pulverisierungssystem,
- ein Bewertungssystem,
- ein Sammelsystem.
Die Kernteile bestehen aus robuster Keramik. Dies trägt zur längeren Lebensdauer der Geräte bei. Das spezielle Strömungsfeld-Design verteilt die Materialien gleichmäßig in der Mahlkammer. Dies steigert die Strippeffizienz.
Im Vergleich zu herkömmlichen Nassverfahren bietet die Zyklonmühlentechnologie erhebliche Vorteile. Der Energieverbrauch sinkt um über 401 Tonnen pro Tonne. Die Verarbeitungseffizienz steigt um 501 Tonnen pro Tonne. Zudem entfällt der Abwasseranfall vollständig. Diese Vorteile machen sie zu einer führenden Technologie im Lithiumbatterie-Recycling.