リチウム電池のリサイクル方法の分析

現在、使用済みの電力用リチウムイオン電池には 2 つの実現可能なソリューションがあります。1 つはカスケード利用です。カスケード利用では、使用済みの電力用リチウムイオン電池をエネルギー貯蔵などの他の分野でエネルギーキャリアとして使用し、残存価値を最大限に活用します。 2つ目は「解体・リサイクル」で、使用済みバッテリーを放電・解体し、原料を取り出してリサイクルを実現します。現在、カスケード利用により残存価値を活用できるのはリン酸鉄リチウム電池のみであり、三元系材料からなる電池は依然として解体・リサイクルが主流である。
リチウムイオン電池のリサイクル方法とプロセス
(1) 初期利用
動力用リチウムイオン電池の性能が本来の性能の80％に低下すると、電気自動車の使用基準を満たさなくなりますが、エネルギー貯蔵システム、特に小規模分散型エネルギー貯蔵において継続的に使用できる条件はまだ残っています。システム。たとえば、風力や太陽光などの断続的な再生可能エネルギー発電の出力を抑制して安定させ、ピークカットとバレーフィルを実行し、電力負荷の需給矛盾を軽減することができ、スマートにおける双方向のエネルギー相互作用の要件を満たします。さらに、使用済みのリチウムイオン電池は、電動自転車やオートバイなどの低速電気自動車にも使用できます。
タワー基地局におけるエネルギー貯蔵電池の需要は非常に大きく、これはカスケード利用型電池の大規模利用の特徴と一致しており、カスケード利用型電池の重要な用途カテゴリーとなるだろう。 2018年1月4日、チャイナタワーコーポレーションは長安汽車、BYD、銀龍新能源、ウォーターマ、国軒高科技、ソーントン新能源を含む16社と新エネルギー車用動力バッテリーのリサイクルと利用に関する戦略的パートナーシップ契約を締結した。現在、中国の鉄塔企業は試験範囲を12の省市に拡大し、電力バックアップ、ピークカットとバレーフィル、マイクログリッドなどのさまざまな使用条件をカバーする3000以上の実験サイトを建設した。
エネルギー貯蔵におけるカスケード利用の使用
通信基地局では、無駄な電力の大半をリチウムイオン電池で吸収できるエネルギー貯蔵電池に対する大きな需要があります。 Intelligent Research Consulting の予測によると、2017 年の世界の移動通信基地局への投資は、前年比 4.34% 増の 529 億元に達すると予想されています。 2016年にチャイナモバイル、チャイナテレコム、チャイナユニコムが建設した4G基地局の数はそれぞれ30万、29万、21万6千に達した。バッテリーの交換と新しい基地局の年間需要は膨大です。長期的には、カスケード利用は、使用済みの電源用リチウムイオン電池の再利用を実現できるだけでなく、新しいエネルギー利用モデルの開発を導く可能性もあります。
(2) 分解・リサイクル
廃リチウムイオン電池の排出と解体を事前に解決した後、リサイクルプロセスで使用される重要な技術に基づいて、廃リチウムイオン電池の資源利用プロセスは、物理的方法、化学的方法、生物学的方法の3つのカテゴリに分類できます。方法。
物理的方法としては、火成法、機械的破砕法、機械的粉砕法、有機溶剤溶解法、水熱溶解沈殿法などが挙げられる。乾式法としても知られる火災法は、最も一般的に使用される物理的回復方法です。リチウムイオン電池の包装材を分離するには、高温焼却分析により結合有機物を除去する必要があります。同時に、バッテリー内の金属とその化合物を酸化、還元し、分析することができます。それらは水蒸気の形で蒸発した後、凝縮法などによって収集されます。乾式冶金プロセスは簡単であり、電池から電解質や結合剤などの有機物質を効果的に除去できます。しかし、運転エネルギー消費が高く、温度が高すぎるとアルミ箔が酸化してアルミナとなり価値が低下し、回収が困難になります。同時に、高温燃焼により発生する排ガスによる環境汚染への対応策も検討する必要がある。
化学法（湿式法とも呼ばれます）は、水酸化ナトリウム、硫酸、硫酸などの化学試薬を使用して、リチウムイオン電池の正極に含まれるコバルト、リチウム、アルミニウムなどの金属元素を精製、分離、精製するプロセスです。壊れたリチウムイオン電池を分解した後、硝酸や過酸化水素などを入れてください。塩酸で金属イオンを浸出させると反応中に有害な塩素ガスが発生するため、一般的に使用される浸出システムは硫酸と過酸化水素の混合物です。酸浸出後の浸出液については、沈殿法、抽出法、塩析法、電気化学法などの方法を用いて金属イオンを精製することができる。
化学的方法は比較的成熟しており、物理的方法よりも高い回収率を持っています。しかし、一般に得られるのは金属酸化物であり、そのままリチウムイオン電池の正極材料として使用することはできない。将来、回収された金属酸化物を使用して正極材料を調製するプロセスは、より複雑でコストがかかります。
2つのプロセスフローを比較すると、物理的方法は正極材料、負極材料電解液、セパレータを直接回収でき、単純な解決後のリチウムイオン電池の再処理に使用できることがわかります。ただし、この方法では、廃リチウムイオン電池に使用されているものと少なくとも同じ正極材料と負極材料および電解質が必要です。しかし実際には、動力用リチウムイオン電池用の正極材料は数多くあり、高エネルギー密度の三元系材料もそれぞれの組成比により811、522、111など様々なモデルに分類されます。したがって、物理的方法はまだ商業化されて使用されておらず、業界では一般に比較的成熟した化学的方法が採用されています。