リチウム電池のリサイクル技術は、まず生産廃棄物と不良品をリサイクルし、次に使用済みリチウム電池をリサイクルするという順序で進められます。つまり、電極ライン技術が最初に登場し、次に電池ライン技術が続くということになります。
二軸低速シュレッダー
二軸低速シュレッダーは、電極ライン技術の典型的な特徴です。このプロセスでは通常、廃カソード材料がベルトコンベアで送られ、二軸シュレッダーで一次破砕されます。これにより、粒子サイズは約100mmになります。その後、材料は下端の衝撃式破砕機に投入され、二次破砕されます。粒子サイズは10mmから30mmの範囲で、これは下流の設備のニーズによって異なります。一次破砕にシュレッダーを使用すると、衝撃式破砕機の詰まりを防ぐことができます。これは、材料の絡まりが少ないためです。シュレッダーと破砕機は上下に積み重ねられています。
二軸低速シュレッダーの使用が推奨されないのはなぜですか?
多くの企業や機関は、電極技術を活用してバッテリーラインを拡大しています。しかし、使用済みのリチウムバッテリー向けに設計された新たなイノベーションを見落としているケースが多くあります。
使用済みのリチウム電池は、廃棄電極の細長い帯状のものではなく、強固な外殻を備えていません。リチウム電池は通常、円筒形、ソフトパック形、角形の3つの形状があります。外殻は強固で、内部の材料は巻き線状または円盤状にしっかりと巻かれています。これは、廃棄電極の細長い帯状のものとは大きく異なります。
次に、使用済みのリチウム電池を充電します。破損はまずダイヤフラムを損傷します。これには、貫通、押し出し、リチウムデンドライトの穿孔、収縮、溶融、崩壊などが含まれます。その結果、内部短絡が発生します。破損方法や作業条件が適切でない場合、急激な温度上昇と発熱につながる可能性があります。温度が少しでも上昇すると、電池内のSEIフィルムが破壊されます。これにより、電解液が負極グラファイト内のリチウム金属と接触し、正極と負極がクロストークを起こします。正極材料が相変化し、酸素が発生します。この酸素は、負極から還元された炭化リチウムと反応します。熱暴走が発生し、発煙、発火、爆発などの事故につながります。
二軸低速破砕機の使用中の安全上の問題
窒素フローは酸素レベルを制御するのに役立ちます。これにより、破砕中に電解液から炭酸塩溶媒が放出されるのを防ぎます。これらの溶媒は引火点温度で発火する可能性があります。一時的な温度上昇によって正極材料が相変化を起こし、酸素を放出すると、窒素制御による保護効果は大幅に低下します。二軸低速破砕プロセスを使用すると、充電された使用済み三元電池で火災が発生する可能性があります。使用済みリチウムイオン電池は充電されるとより安定し、発火する可能性は低くなります。しかし、有害なガスや煙を放出する可能性があります。
シュレッディングプロセスでは、バッテリーの短絡温度上昇を効果的に制御する必要があります。二軸低速シュレッダーは5~70rpmで動作しますが、この速度では短絡温度上昇に時間がかかりすぎ、結果として熱暴走を引き起こす可能性があります。制御可能な唯一の重要な変数は時間です。
セキュリティ問題の原因
発煙、発火、爆発を防ぐため、この種の機器を製造する企業は、バッテリーセルの放電をしばしば要求します。これは特に充電済みの三元電池に当てはまります。しかし、物理的な負荷放電、化学的な塩水放電、またはその他の方法のいずれであっても、大きな副作用があります。WeChat公式アカウントで、単セル放電の副作用に関する記事をご覧ください。なぜ国家標準プロジェクト「自動車動力電池の分解および粉砕に関する安全技術仕様」において、バッテリーセルの放電が重要なのでしょうか?これは、業界関係者が求めている充電済みバッテリーを直接粉砕する現在の技術とは一致しません。
粉砕段階の後には熱分解工程が続きます。この段階では、粉砕物に最も大きな加熱面積が必要です。二軸低速破砕機では、電池材料をうまくタンブリングできず、加熱面積の膨張が不十分になります。また、直後にハンマークラッシャーを使用すると、銅箔とアルミ箔が黒色粉末に巻き付いてしまいます。これによりタンブリング効果が弱まり、熱分解加熱面積がさらに減少します。
いくつかの小さなエンジニアリング革新があります。
- 酸素濃度を制御することで、より多くのフッ素をフッ化水素ガスに変換します。これにより、黒色火薬中のフッ化リチウムの形成を防ぎ、湿式抽出を促進します。
- 微小短絡による温度上昇に対処し、破砕物内での感電を防止します。
- 粉砕された材料の加熱表面積を最大化して熱分解プロセスを改善します。
- 銅箔とアルミ箔はそのままにしておきましょう。そうすることで、粉砕時にアルミ粉が発生するのを防ぎ、後で銅とアルミを選別して取り除く作業が容易になります。
技術革新を経て最良の選択 - 高速せん断装置
最終的に、電極ライン技術は断念し、使用済みの電池原材料に着目しました。エンジニアリングチームの研究と実地経験に基づき、二軸低速破砕技術を改良し、現在は高速せん断破砕技術を採用しています。この技術は、浙江省天能湖州プロジェクトや寧波市威府麗水プロジェクトなどにも適用され、良好な結果が得られました。
推奨高速せん断装置
サイクロンミル技術:乾式剥離における革新的なブレークスルー
サイクロンミルは高速気流粉砕技術を採用しています。特殊な粉砕室内の高速気流が材料を衝突させ、擦れさせます。このプロセスにより、電極材料が効率的に剥離されます。この技術は、従来の機械的粉砕の問題を解決し、湿式粉砕による汚染を回避します。さらに、リチウム電池のリサイクルに新たな道を切り開きます。
サイクロンミルはモジュール設計を採用しており、主に以下の構成となっています。
- 給餌システム
- 粉砕システム、
- 評価システム
- 収集システム。
コア部品は強靭なセラミック製で、装置の長寿命化に貢献します。特殊な流路設計により、粉砕室内の材料が均一に拡散し、剥離効率が向上します。
従来の湿式プロセスと比較して、サイクロンミル技術には大きな利点があります。エネルギー消費量は40%以上削減され、処理効率は50%向上します。さらに、廃水排出も完全に排除されます。これらの利点により、サイクロンミル技術はリチウム電池リサイクルにおける最先端の技術となっています。