DE112021005681T5

DE112021005681T5 - Verfahren zur sicheren rückgewinnung eines anoden-abfallstückes einer lithium-ionen-batterie und anwendung davon

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Publication number: DE112021005681T5
Application number: DE112021005681.6T
Authority: DE
Inventors: Yinghao Xie; Haijun YU; Changdong LI; Shumin Liu
Original assignee: Hunan Brunp Recycling Technology Co Ltd; Guangdong Brunp Recycling Technology Co Ltd; Hunan Brunp Vehicles Recycling Co Ltd
Current assignee: Hunan Brunp Recycling Technology Co Ltd; Guangdong Brunp Recycling Technology Co Ltd; Hunan Brunp Vehicles Recycling Co Ltd
Priority date: 2021-03-19
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2023-12-21
Also published as: ES2954792R1; CN113131030A; CN113131030B; US20230335816A1; ES2954792A2; HUP2200281A1; WO2022193783A1

Abstract

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet des Batterierecyclings und offenbart ein Verfahren für eine sichere Rückgewinnung von Abfallpolstücken von Lithium-Ionen-Batterien. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Zerkleinern und Sieben des Abfallanodenstücks, um ein Anodenpulver A und eine zerkleinerte Aluminiumschlacke zu erhalten; Mischen der zerkleinerten Aluminiumschlacke mit einer Säurelösung, Rühren bei Ultraschall und danach Nasssieben, um eine Aluminiumschlacke und ein Batteriepulver zu erhalten; die erhaltene Aluminiumschlacke wird mit Wasser ausgewaschen, danach mit einem Explosionsunterdrückungsmittel gespült, um eine explosionsunterdrückende Aluminiumschlacke zu erhalten, und danach gepackt und verdichtet, um einen Aluminiumschlackenblock zu erhalten; Verbinden von zwei Enden des Aluminiumschlackenblocks mit einer Plusplatte bzw. einer Minusplatte einer Gleichstromelektrode, Anlegen eines Stroms, um den Aluminiumschlackenblock zu schmelzen und Abkühlen, um einen sicheren Aluminiumschlackenblock zu erhalten. In der vorliegenden Erfindung reagiert die während des Aluminiumschlackenerzeugungsprozesses gebildete Restsäure mit der gesättigten Calciumhydroxidlösung und wird durch Auswaschen mit einer gesättigten Calciumhydroxidlösung neutralisiert, um eine Reaktion zwischen der Aluminiumschlacke und der Restsäure zu vermeiden, eine Freisetzung von Wasserstoff und Wärmeerzeugung zu verhindern und die Lagersicherheit sicherzustellen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft das technische Gebiet des Batterierecyclings und betrifft insbesondere ein Verfahren für das sichere Recycling von Abfallpolstücken von Lithium-Ionen-Batterien und eine Anwendung davon.
STAND DER TECHNIK
Während eines Herstellungsprozesses von Lithium-Ionen-Batterien fällt eine gewisse Menge von Abfallpolstücken beim Polstück-Herstellungsverfahren an. Im Fall einer großmaßstäblichen Produktion von Lithium-Ionen-Batterien fällt eine große Anzahl an Abfallpolstücken an. Abfallpolstücke enthalten viele Metallelemente wie Nickel, Cobalt, Mangan, Lithium usw. Und diese verschmutzen die Umwelt, wenn sie nicht recycelt werden.
Der herkömmliche Prozess der Abfallpolstückrückgewinnung besteht darin, das Polstück zu zerkleinern, das dann getrennt und in Aluminiumschlacken und Batteriepulver sortiert wird. Die Aluminiumschlacke wird mit Säure ausgewaschen und wieder getrennt, um Metallaluminium zu erhalten. Da die Aluminiumschlacke nach dem Auswaschen Restsäure und Feuchtigkeit aufweist, reagiert die getrennte Aluminiumschlacke mit der Restsäure und dem Wasser, wobei Wasserstoff freigesetzt wird und Wärme generiert wird. Daher besteht bei der Aluminiumschlacke bei Lagerung Brand- und Explosionsgefahr. Gleichzeitig enthält das durch Trennen und Sortieren erhaltene Batteriepulver Restmetallaluminium. In einem folgenden Säureauslaugungsprozess reagiert das Restmetallaluminium mit der Säure, wobei Wasserstoff freigesetzt wird, was den Säureauslaugungsprozess der Brenn- und Explosionsgefahr aussetzt. Der herkömmliche Produktionsprozess weist offensichtliche Einschränkungen auf.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, mindestens eine der im oben erwähnten Stand der Technik bestehenden Aufgaben zu lösen. Aus diesem Grund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Anwendung für eine sichere Rückgewinnung von Abfallpolstücken von Lithium-Ionen-Batterien vor. Das Verfahren umfasst die Schritte zum Auswaschen einer Aluminiumschlacke mit einer gesättigten Calciumhydroxidlösung, die dann die während des Aluminiumschlackenerzeugungsprozesses generierte Restsäure neutralisiert, um die Freisetzung von Wasserstoff und Wärmegenerierung zu verhindern, die durch eine Reaktion zwischen der Aluminiumschlacke und der Restsäure verursacht werden, wodurch die sichere Lagerung sichergestellt wird.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, umfasst die vorliegende Erfindung die folgenden technischen Lösungen:
Ein Verfahren zur sicheren Rückgewinnung eines Abfallanodenstücks von Lithium-Ionen-Batterien umfasst die folgenden Schritte:

(1) Zerkleinern und Sieben des Abfallanodenstücks, um ein Anodenpulver A und eine zerkleinerte Aluminiumschlacke zu erhalten;
(2) Mischen der zerkleinerten Aluminiumschlacke und einer Säurelösung, Rühren bei Ultraschall und danach Nasssieben, um eine Aluminiumschlacke und ein Batteriepulver zu erhalten;
(3) Auswaschen der in Schritt (2) erhaltenen Aluminiumschlacke, zuerst mit Wasser, danach mit einem Explosionsunterdrückungsmittel, um eine explosionsunterdrückende Aluminiumschlacke zu erhalten, und danach Packen und Verdichten der explosionsunterdrückenden Aluminiumschlacke, um einen Aluminiumschlackenblock zu erhalten;
(4) getrenntes Verbinden beider Enden des Aluminiumschlackenblocks mit einer Plusplatte und einer Minusplatte einer Gleichstromelektrode, Anlegen eines Stroms, um die Aluminiumschlacke zu schmelzen und Abkühlen, um einen sicheren Aluminiumschlackenblock zu erhalten; wobei das Explosionsunterdrückungsmittel in Schritt (3) eine gesättigte Calciumhydroxidlösung ist.

Vorzugsweise sind ferner die folgenden Schritte in Schritt (2) enthalten: Filtern des Batteriepulvers und Auswaschen eines resultierenden Filterrückstands, um ein Anodenpulver B zu erhalten; Mischen des Anodenpulvers A und des Anodenpulvers B und danach Einweichen und Rühren eines resultierenden Gemischs in einer Aluminium auflösenden Lösung, Filtern und Auswaschen eines resultierenden Rückstands, um ein Anodenpulver zu erhalten.
Noch bevorzugter ist die Aluminium auflösende Lösung mindestens eine aus der Gruppe ausgewählte, die aus Natriumhydroxidlösung, Kaliumhydroxidlösung und Calciumhydroxidlösung besteht.
In einem herkömmlichen Prozess ohne den Schritt der Entfernung des Restaluminiums aus dem Batteriepulver treten das Restaluminium und das Batteriepulver direkt in einen Säureauslaugungsprozess. Bei einer tatsächlichen Produktion, damit das Batteriepulver eine bessere Auflösungswirkung aufweist, wird der Säureauslaugungsprozess in einem Erwärmungszustand mit einer starken Säure in hoher Konzentration durchgeführt. Während des Auslaugens reagiert das Restaluminium rasch mit der Auslaugungslösung (starke Säure mit hoher Konzentration), was dann bewirkt, dass sich rasch eine große Menge an Wasserstoff im Auslaugungstank ansammelt und eine explosive Konzentration erreicht, was den Auslaugungstank zu einem Explosionsrisiko macht.
Die Aluminium auflösende Lösung dient dazu, das Restaluminium im Batteriepulver aufzulösen, um zu verhindern, dass es während des Auslaugungsprozesses Wasserstoff freisetzt, um Brennen oder Explosionen zu vermeiden. Obwohl der Vorgang des Auflösens von Aluminium mit Alkali in der vorliegenden Erfindung ebenfalls Wasserstoff wie der herkömmliche Auslaugungsprozess freisetzt, kann beim Schritt des Auflösens von Aluminium mit Alkali der vorliegenden Erfindung die Aluminiumauflösung geregelt werden, sodass sie langsam vor sich geht, indem die Konzentration der Aluminium auflösenden Lösung reduziert wird, die Temperatur gesenkt wird oder andere Bedingungen angepasst werden, wodurch die Wasserstofffreisetzung verlangsamt wird und dem Wasserstoff hinreichend Zeit und Platz geboten wird, um zu entweichen, sodass der Wasserstoffgehalt keine explosive Konzentration erreicht. Der Prozess ist intrinsisch sicher.
Noch bevorzugter beträgt die Volumenkonzentration der Aluminium auflösenden Lösung 0,003-2 mol/l.
Noch bevorzugter weist die Aluminium auflösende Lösung eine Temperatur von 15-45 °C auf.
Vorzugsweise wird das Sieben in Schritt (1) mit einem Sieb mit einer Weite von 0,1-0,5 mm durchgeführt.
Vorzugsweise ist die Säure in Schritt (2) eine von Schwefelsäure, Salzsäure oder Salpetersäure.
Der Vorgang des Auswaschens der zerkleinerten Aluminiumschlacke mit der Säurelösung hat den Zweck, die Oberfläche des Metallaluminiums leicht mit Säure zu korrodieren. Batteriepulver wird an der Oberfläche einer Aluminiumfolie in einem Anodenstück angebracht, und nach Entfernen des Batteriepulvers werden die Aluminiumfolien als Aluminiumschlacke rückgewonnen. Das leichte Korrodieren der Aluminiumoberfläche kann sicherstellen, dass das angebrachte Batteriepulver abfällt und getrennt wird. Der Reaktionsprozess lautet: 2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑.
Vorzugsweise beträgt das Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis der zerkleinerten Aluminiumschlacke zur Säurelösung in Schritt (2) 1:(0,3-5) kg/l.
Vorzugsweise ist eine Konzentration der Säurelösung in Schritt (2) 0,1-2 mol/l.
Vorzugsweise ist die Rührgeschwindigkeit in Schritt (2) 60-1000 U/min.
Vorzugsweise ist die Mischdauer in Schritt (2) 0,5-60 min.
Vorzugsweise ist die Reaktionszeit in Schritt (2) 10-30 min.
Das Hinzufügen der gesättigten Calciumhydroxidlösung hat den folgenden Zweck: Nachdem die Aluminiumschlacke mit Säure ausgewaschen wurde (oder gar weiter mit Wasser nach der Säure ausgewaschen wurde), ist Restsäure an der Oberfläche der Aluminiumschlacke vorhanden (das weitere Auswaschen mit Wasser nach der Säure kann die Restsäurekonzentration nur reduzieren, anstatt die Restsäure vollständig zu entfernen), die Restsäure reagiert weiterhin mit der Aluminiumschlacke und die Reaktionsformel lautet: 2Al+6H⁺=2Al³⁺+3H₂↑. Der Reaktionsprozess setzt Wasserstoff frei und erzeugt gleichzeitig Wärme. Die erhaltene Aluminiumschlacke wird in große Beutel verpackt und gelagert und während des Prozesses der Verpackung und des Lagerns wird Wasserstoff freigesetzt und Wärme sammelt sich an, was bewirken kann, dass sich der Wasserstoff entzündet oder gar explodiert.
Durch Auswaschen mit gesättigter Calciumhydroxidlösung (oder Spülen mit gesättigter Calciumhydroxidlösung) reagiert die Restsäure in der Aluminiumschlacke mit der gesättigten Calciumhydroxidlösung und die Reaktionsformel lautet OH^-+H⁺=H₂O. Die Restsäure in der Aluminiumschlacke, die während des Herstellungsprozesses gebildet wird, wird neutralisiert, um eine Reaktion zwischen der Aluminiumschlacke und der Restsäure zu vermeiden, wodurch die Freisetzung von Wasserstoff und die Wärmeerzeugung verhindert werden, um ein Verbrennen und eine Explosion zu vermeiden und die Sicherheit des Lagerprozesses sicherzustellen.
Nach dem Spülen mit der gesättigten Calciumhydroxidlösung ist Restalkali auf der Oberfläche der Aluminiumschlacke vorhanden. Da die gesättigte Calciumhydroxidlösung mit Kohlendioxid in der Luft reagieren kann, wird das Restalkali verbraucht, während gleichzeitig Calciumcarbonat gebildet wird. Das erzeugte Calciumcarbonat ummantelt die Oberfläche der Aluminiumschlacke und verhindert eine weitere Reaktion zwischen der Aluminiumschlacke und Wasser. 2Al+6H₂O=2Al(OH)₃+3H₂.
Vorzugsweise erfolgt das Auswaschen mit Wasser in Schritt (3) für 0,5-5 min und das Auswaschen mit dem Explosionsunterdrückungsmittel wird für 0,5-5 min ausgeführt.
Vorzugsweise ist der Druck der Verpackung und Verdichtung in Schritt (3) 5-30 MPa.
Vorzugsweise ist die positive Elektrodenplatte oder die negative Elektrodenplatte in Schritt (4) eine hohle Metallplatte, die mit zirkulierender Flüssigkeit gekühlt wird; das Metall ist eines aus Kupfer, Silber, Gold, verkupfertem Gold oder verkupfertem Silber.
Vorzugsweise beträgt der Strom in Schritt (4) 80-500 A und die Prüfdauer beträgt 0,5-5 s.
Die Zusammensetzung des Aluminiumschlackenblocks ist metallisches Aluminium und die Form ist ein Metallblock, der durch Sieben einer Aluminiumschlacke (Aluminiumfolie mit einer Partikelgröße über 0,1-0,5 mm) und danach Schmelzen durch einen starken Strom bei einer hohen Temperatur gebildet wird.
Im Vergleich zum Stand der Technik sind die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung folgende:

1. In der vorliegenden Erfindung reagiert die Restsäure mit der gesättigten Calciumhydroxidlösung während des Auswaschens mit gesättigter Calciumhydroxidlösung und die im Aluminiumschlackenerzeugungsprozess gebildete Restsäure wird neutralisiert, um die Reaktion zwischen der Aluminiumschlacke und der Restsäure zu vermeiden, was die Freisetzung von Wasserstoff und Wärmeerzeugung verhindert und die Lagersicherheit sicherstellt.
2. Die geringe Löslichkeit von Calciumhydroxid kann genutzt werden, um die Alkalität der Waschflüssigkeit zu regeln und einen großen Überschuss an Restalkali zu vermeiden. Nach dem alkalischen Auswaschen kann die verbleibende kleine Menge an Lauge mit Kohlendioxid in der Luft reagieren, um Calciumcarbonat zu bilden. Calciumcarbonat ist in Wasser unlöslich und umhüllt die Oberfläche der Aluminiumschlackenpartikel, was eine kontinuierliche Reaktion der Restsäure/Lauge und der Aluminiumschlacke verhindert, wobei Wasserstoff und Wärme freigesetzt würden. Das resultierende Calciumcarbonat weist eine kleine Partikelgröße auf, was die Zündwahrscheinlichkeit von Aluminiumpulver effektiv reduzieren kann, eine starke Explosionshemmungswirkung aufweist und die Explosion von Aluminiumschlacke wirksam verhindern kann. Die Möglichkeit von Brand oder Explosion aufgrund eines Stapelns von Aluminiumschlacke wird eliminiert, sodass die erzeugte Aluminiumschlacke intrinsisch sichere Eigenschaften aufweist.
3. Da das Batteriepulver nach der Rückgewinnung einem Auslaugungsprozess mit starken Säuren unterzogen wird, wie Schwefelsäure und Salzsäure. Falls das Batteriepulver metallisches Aluminium enthält, kann der Auslaugungsprozess bewirken, dass das metallische Aluminium mit starker Säure reagiert und Wasserstoffgas erzeugt, was Feuer und Explosionsrisiken verursachen kann. Das durch die vorliegende Erfindung rückgewonnene Batteriepulver wird zur Aluminiumlösung hinzugefügt, um die kleine Menge an Metallaluminium selektiv aufzulösen und zu trennen, die aufgrund des Zerkleinerns und Trennens in das Batteriepulver eingebracht werden kann, wobei die Auflösung anderer wertvoller Metallelemente wie Nickel, Cobalt, Mangan und Lithium vermieden wird. Unter der Voraussetzung der Elimination von möglichen Sicherheitsrisiken des Batteriepulvers kann auch sichergestellt werden, dass wertvolle Metalle wie Nickel, Cobalt, Mangan und Lithium eine hohe Rückgewinnungsrate aufweisen.
4. Die vorliegende Erfindung packt und verdichtet Aluminiumschlacke in Blöcke, verdichtet die Lücken zwischen der Aluminiumschlacke stark, reduziert die spezifische Oberfläche der Aluminiumschlacke, reduziert die Reaktionsrate der Aluminiumschlacke mit Restalkali oder mit Wasser und reduziert die Freisetzung von Wasserstoff wirksam. Dadurch wird eine intrinsische Sicherheit der Aluminiumschlacke erzielt.
5. Die Erfindung wendet den Vorgang der Verdichtung der Aluminiumschlacke in einen Block gefolgt von Anlegen eines starken Stroms an, um die Aluminiumschlacke in ein Ganzes zu schmelzen. Das Innere des Aluminiumschlackenblocks besteht aus einer großen Anzahl an Aluminiumschlackenstücken. Wenn die Aluminiumstücke in einen Aluminiumschlackenblock gepresst werden, besteht ein großer Kontaktwiderstand zwischen den Aluminiumschlackenstücken in Kontakt miteinander. Bei Anlegen eines Stroms wird viel Wärme zwischen den Aluminiumschlackenstücken freigesetzt, die erwärmt werden und schmelzen. Einige Aluminiumschlackenteilchen mit kleiner Größe werden rasch erwärmt. Die Aluminiumschlackenstücke im Inneren des Aluminiumschlackenblocks bilden einen Zustand der gegenseitigen Haftung, sodass die Aluminiumschlacke in kleinen Partikelgrößen und das Aluminiumschlackenstück geschmolzen werden, sodass sie miteinander kombinieren, die Aluminiumschlackenstücke werden ebenfalls geschmolzen und kombiniert. Die Partikelgröße der Aluminiumschlacke wird vergrößert und die Verbrennungsaktivierungsenergie der Aluminiumschlacke ist erhöht, um eine Selbstentzündung des Aluminiumschlackenlagers zu verhindern.
6. Die vorliegende Erfindung verwendet flüssigkeitsgekühlte Hohlmetallplatten als Plus- und Minusplatten. Wenn der Strom die Platten durchläuft, kann die Plattentemperatur effektiv beibehalten werden, während die Aluminiumschlacke abgekühlt wird, was: 1. eine Adhäsion zwischen den Platten und dem Aluminiumschlackenblock verhindern kann, wenn die Platten erwärmt werden; 2. eine Reaktion zwischen den Aluminiumschlackenblöcken und Sauerstoff in der Luft vermeiden kann, die durch eine übermäßig hohe Außenoberflächentemperatur der Aluminiumschlackenblöcke verursacht wird, sodass ein Verbrennen der Aluminiumblöcke vermieden wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHTEN BEISPIELE
Hierin werden nachfolgend das Konzept der vorliegenden Erfindung und die dadurch erzielten technischen Wirkungen anhand der Ausführungsformen klar und vollständig zum vollen Verständnis der Zwecke, Merkmale und Wirkungen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Offensichtlich sind die beschriebenen Ausführungsformen nur ein Teil der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, anstatt alle davon. Ausgehend von den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung fallen weitere Ausführungsformen, die Fachleute ohne schöpferische Arbeit erhalten, in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
Beispiel 1
Das Verfahren zur Rückgewinnung eines Abfallanodenstücks von Lithium-Ionen-Batterien umfasst in dieser Ausführungsform die folgenden spezifischen Schritte:

(1) Zerkleinern und Sieben des Abfallanodenstücks, um ein Anodenpulver A und eine zerkleinerte Aluminiumschlacke zu erhalten;
(2) Mischen der zerkleinerten Aluminiumschlacke mit 0,1 mol/l Schwefelsäure in einem Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis von 1:5 kg/l, Rühren bei Ultraschall mit einer Rührgeschwindigkeit von 500 U/min für 60 min, um eine zerkleinerte Aluminiumschlacke nach dem Säurewaschen zu erhalten;
(3) Durchführen von Nasssieben, um die zerkleinerte Aluminiumschlacke nach dem Säurewaschen zu sieben, und der Siebrückstand aus der Säurelösung ist hauptsächlich eine Aluminiumschlacke und der Siebdurchfall ist hauptsächlich Batteriepulver; Filtern des Siebdurchfalls und Auswaschen mit Wasser, um ein Anodenpulver B zu erhalten;
(4) Mischen des Anodenpulvers A und des Anodenpulvers B, Zugeben von 0,003 mol/l Calciumhydroxidlösung in Übereinstimmung mit einem Fest-Flüssig-Verhältnis von 1:0,5 kg/l, Einweichen für 120 min, Filtern, Auswaschen eines resultierenden Filterrückstands mit Wasser, um ein Anodenpulver vom sicheren Typ zu erhalten;
(5) Auswaschen der in Schritt (3) erhaltenen Aluminiumschlacke mit Wasser für 0,5 min, danach mit gesättigter Calciumhydroxidlösung für 0,5 min und Trocknen eines resultierenden Produkts durch Zentrifugieren, um eine explosionsunterdrückende Aluminiumschlacke zu erhalten;
(6) Platzieren der explosionsunterdrückenden Aluminiumschlacke in eine Metallballenpresse, Packen und Verdichten bei einem Druck von 5 MPa, um den Aluminiumschlackenblock zu erhalten;
(7) Verbinden von zwei Enden des Aluminiumschlackenblocks jeweils mit zwei Gleichstrom-Elektrodenplatten (hohlen flüssigkeitsgekühlten Kupferplatten), als eine Plusplatte und eine Minusplatte; Anlegen eines Stroms von 80 A zwischen der Plus- und der Minusplatte für 5 s und Kühlen, um einen Aluminiumschlackenblock vom sicheren Typ zu erhalten.

Beispiel 2
Das Verfahren zur sicheren Rückgewinnung eines Abfallanodenstücks von Lithium-Ionen-Batterien umfasst in dieser Ausführungsform die folgenden spezifischen Schritte:

(1) Zerkleinern und Sieben des Abfallanodenstücks mit einem Sieb mit einer Siebweite von 0,3 mm, um ein Anodenpulver A und eine zerkleinerte Aluminiumschlacke zu erhalten;
(2) Mischen der zerkleinerten Aluminiumschlacke mit 1 mol/l Schwefelsäure in einem Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis von 1: 1 kg/l, Rühren bei Ultraschall mit einer Rührgeschwindigkeit von 500 U/min für 5 min, um eine zerkleinerte Aluminiumschlacke nach dem Säurewaschen zu erhalten;
(3) Durchführen von Nasssieben, um die zerkleinerte Aluminiumschlacke nach dem Säurewaschen zu sieben, und der Siebrückstand aus der Säurelösung ist hauptsächlich eine Aluminiumschlacke und der Siebdurchfall ist hauptsächlich Batteriepulver; Filtern des Siebdurchfalls und Auswaschen mit Wasser, um ein Anodenpulver B zu erhalten;
(4) Mischen des Anodenpulvers A und des Anodenpulvers B, Zugeben von 0,5 mol/l Natriumhydroxidlösung in Übereinstimmung mit einem Fest-Flüssig-Verhältnis von 1:0,5 kg/l, Einweichen für 30 min, Filtern, Auswaschen eines resultierenden Filterrückstands mit Wasser, um ein Anodenpulver vom sicheren Typ zu erhalten;
(5) Auswaschen der in Schritt (3) erhaltenen Aluminiumschlacke mit Wasser für 1 min, danach mit gesättigter Calciumhydroxidlösung für 1 min und Trocknen eines resultierenden Produkts durch Zentrifugieren, um eine explosionsunterdrückende Aluminiumschlacke zu erhalten;
(6) Platzieren der explosionsunterdrückenden Aluminiumschlacke in eine Metallballenpresse, Packen und Verdichten bei einem Druck von 10 MPa, um den Aluminiumschlackenblock zu erhalten;
(7) Verbinden von zwei Enden des Aluminiumschlackenblocks jeweils mit zwei Gleichstrom-Elektrodenplatten (hohlen flüssigkeitsgekühlten Kupferplatten), als eine Plusplatte und eine Minusplatte; Anlegen eines Stroms von 200 A zwischen der Plus- und der Minusplatte für 2 s und Kühlen, um einen Aluminiumschlackenblock vom sicheren Typ zu erhalten.

Beispiel 3
Das Verfahren zur sicheren Rückgewinnung eines Abfallanodenstücks von Lithium-Ionen-Batterien umfasst in dieser Ausführungsform die folgenden spezifischen Schritte:

(1) Zerkleinern und Sieben des Abfallanodenstücks, um ein Anodenpulver A und eine zerkleinerte Aluminiumschlacke zu erhalten;
(2) Mischen der zerkleinerten Aluminiumschlacke mit 2 mol/l Schwefelsäure in einem Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis von 1:0,3 kg/l, Rühren bei Ultraschall mit einer Rührgeschwindigkeit von 500 U/min für 60 min, um eine zerkleinerte Aluminiumschlacke nach dem Säurewaschen zu erhalten;
(3) Durchführen von Nasssieben, um die zerkleinerte Aluminiumschlacke nach dem Säurewaschen zu sieben, und der Siebrückstand aus der Säurelösung ist hauptsächlich eine Aluminiumschlacke und der Siebdurchfall ist hauptsächlich Batteriepulver; Filtern des Siebdurchfalls und Auswaschen mit Wasser, um ein Anodenpulver B zu erhalten;
(4) Mischen des Anodenpulvers A und des Anodenpulvers B, Zugeben von 2 mol/l Kaliumhydroxidlösung in Übereinstimmung mit einem Fest-Flüssig-Verhältnis von 1:2 kg/l, Einweichen für 1 min, Filtern, Auswaschen eines resultierenden Filterrückstands mit Wasser, um ein Anodenpulver vom sicheren Typ zu erhalten;
(5) Auswaschen der in Schritt (3) erhaltenen Aluminiumschlacke mit Wasser für 5 min, danach mit gesättigter Calciumhydroxidlösung für 5 min und Trocknen eines resultierenden Produkts durch Zentrifugieren, um eine explosionsunterdrückende Aluminiumschlacke zu erhalten;
(6) Platzieren der explosionsunterdrückenden Aluminiumschlacke in eine Metallballenpresse, Packen und Verdichten bei einem Druck von 30 MPa, um den Aluminiumschlackenblock zu erhalten;
(7) Verbinden von zwei Enden des Aluminiumschlackenblocks jeweils mit zwei Gleichstrom-Elektrodenplatten (hohlen flüssigkeitsgekühlten Kupferplatten), als eine Plusplatte und eine Minusplatte; Anlegen eines Stroms von 500 A zwischen der Plus- und der Minusplatte für 0,5 s und Kühlen, um einen Aluminiumschlackenblock vom sicheren Typ zu erhalten.

Vergleichsbeispiel 1
Das Verfahren zur sicheren Rückgewinnung von Abfallanodenstücken von Lithium-Ionen-Batterien umfasst in diesem Vergleichsbeispiel die folgenden spezifischen Schritte:

(1) Nach Zerkleinern des Anodenstücks der Lithium-Ionen-Altbatterie, Sieben mit einem Sieb mit einer Weite von 0,5 mm, wobei ein resultierender Siebdurchfall ein Anodenpulver ist;
(2) Mischen des Siebrückstands mit 1 mol/l Schwefelsäure für 1 min in Übereinstimmung mit einem Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis von 1: 1 kg/l, Auswaschen mit Wasser und Trocknen, um eine Aluminiumschlacke dieses Vergleichsbeispiels zu erhalten.

Vergleichsbeispiel 2
Das Verfahren zur sicheren Rückgewinnung eines Abfallanodenstücks von Lithium-Ionen-Batterien umfasst in dieser Ausführungsform die folgenden spezifischen Schritte:

(1) Zerkleinern und Sieben des Abfallanodenstücks, um ein Anodenpulver A und eine zerkleinerte Aluminiumschlacke zu erhalten;
(2) Mischen der zerkleinerten Aluminiumschlacke mit 0,1 mol/l Schwefelsäure in einem Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis von 1:5 kg/l, Rühren bei Ultraschall mit einer Rührgeschwindigkeit von 500 U/min für 60 min, um eine zerkleinerte Aluminiumschlacke nach dem Säurewaschen zu erhalten;
(3) Durchführen von Nasssieben, um die zerkleinerte Aluminiumschlacke nach dem Säurewaschen zu sieben, und der Siebrückstand aus der Säurelösung ist hauptsächlich eine Aluminiumschlacke und der Siebdurchfall ist hauptsächlich Batteriepulver; Filtern des Siebdurchfalls und Auswaschen mit Wasser, um ein Anodenpulver B zu erhalten;
(4) Mischen des Anodenpulvers A und des Anodenpulvers B, Zugeben von 0,003 mol/l Calciumhydroxidlösung in Übereinstimmung mit einem Fest-Flüssig-Verhältnis von 1:0,5 kg/l, Einweichen für 120 min, Filtern, Auswaschen eines resultierenden Filterrückstands mit Wasser, um ein Anodenpulver vom sicheren Typ zu erhalten;
(5) Auswaschen der in Schritt (3) erhaltenen Aluminiumschlacke mit Wasser für 0,5 min, danach mit gesättigter Natriumhydroxidlösung für 0,5 min und Trocknen eines resultierenden Produkts durch Zentrifugieren, um eine explosionsunterdrückende Aluminiumschlacke zu erhalten;
(6) Platzieren der explosionsunterdrückenden Aluminiumschlacke in eine Metallballenpresse, Packen und Verdichten bei einem Druck von 5 MPa, um den Aluminiumschlackenblock zu erhalten;
(7) Verbinden von zwei Enden des Aluminiumschlackenblocks jeweils mit zwei Gleichstrom-Elektrodenplatten (hohlen flüssigkeitsgekühlten Kupferplatten), als eine Plusplatte und eine Minusplatte; Anlegen eines Stroms von 80 A zwischen der Plus- und der Minusplatte für 5 s und Kühlen, um einen Aluminiumschlackenblock vom sicheren Typ zu erhalten.

Vergleichsbeispiel 3
Das Verfahren zur sicheren Rückgewinnung eines Abfallanodenstücks von Lithium-Ionen-Batterien umfasst in dieser Ausführungsform die folgenden spezifischen Schritte:

(1) Zerkleinern und Sieben des Abfallanodenstücks, um ein Anodenpulver A und eine zerkleinerte Aluminiumschlacke zu erhalten;
(2) Mischen der zerkleinerten Aluminiumschlacke mit 0,1 mol/l Schwefelsäure in einem Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis von 1:5 kg/l, Rühren bei Ultraschall mit einer Rührgeschwindigkeit von 500 U/min für 60 min, um eine zerkleinerte Aluminiumschlacke nach dem Säurewaschen zu erhalten;
(3) Durchführen von Nasssieben, um die zerkleinerte Aluminiumschlacke nach dem Säurewaschen zu sieben, und der Siebrückstand aus der Säurelösung ist hauptsächlich eine Aluminiumschlacke und der Siebdurchfall ist hauptsächlich Batteriepulver; Filtern des Siebdurchfalls und Auswaschen mit Wasser, um ein Anodenpulver B zu erhalten;
(4) Mischen des Anodenpulvers A und des Anodenpulvers B, Zugeben von 0,003 mol/l Calciumhydroxidlösung in Übereinstimmung mit einem Fest-Flüssig-Verhältnis von 1:0,5 kg/l, Einweichen für 120 min, Filtern, Auswaschen eines resultierenden Filterrückstands mit Wasser, um ein Anodenpulver vom sicheren Typ zu erhalten;
(5) Auswaschen der in Schritt (3) erhaltenen Aluminiumschlacke mit Wasser für 0,5 min, danach mit gesättigter Calciumhydroxidlösung für 0,5 min und Trocknen eines resultierenden Produkts durch Zentrifugieren, um eine explosionsunterdrückende Aluminiumschlacke zu erhalten;
(6) Platzieren der explosionsunterdrückenden Aluminiumschlacke in eine Metallballenpresse, Packen und Verdichten bei einem Druck von 5 MPa, um den Aluminiumschlackenblock zu erhalten;
(7) Verbinden von zwei Enden des Aluminiumschlackenblocks jeweils mit zwei massiven Kupferelektrodenplatten, als eine Plusplatte und eine Minusplatte; Anlegen eines Stroms von 80 A zwischen der Plus- und der Minusplatte für 5 s und Kühlen, um einen Aluminiumschlackenblock erhalten.

Vergleichsergebnisse:

(1) Das in den oben erwähnten Beispielen und Vergleichsbeispielen rückgewonnene Aluminium und Batteriepulver wurden verwendet, um die Metallrückgewinnungsrate vor und nach der Vergleichsbehandlung zu berechnen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Die geringe Menge an Metallaluminium die durch das Zerkleinern und Sieben eingebracht werden kann, wird selektiv aufgelöst und getrennt, während die Auflösung anderer wertvoller Metallelemente wie Nickel, Cobalt, Mangan und Lithium vermieden wird. Diese Erfindung kann auch eine hohe Rückgewinnungsrate von wertvollen Metallen, wie Nickel, Cobalt, Mangan, Lithium usw., sicherstellen, während die verborgenen Gefahren des Batteriepulvers eliminiert werden.
(2) Die in den obigen Beispielen und Vergleichsbeispielen rückgewonnene Aluminiumschlacke wurde 7 Tage stehen gelassen, um die Wasserstofffreisetzungsrate pro Zeiteinheit zu ermitteln; das in den obigen Beispielen und Vergleichsbeispielen rückgewonnene Batteriepulver wurde zu Schwefelsäure zugegeben, um die Wasserstofffreisetzungsrate pro Zeiteinheit pro Einheitsgewicht des Materials zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt, die anzeigen, dass bei Packen und Verdichten der Aluminiumschlacke in Blöcke, wie in den Beispielen 1-3, die Lücken zwischen den Aluminiumschlacken stark verdichtet wurden und die spezifische Oberfläche der Aluminiumschlacken reduziert wurde. Die Reaktionsrate der Aluminiumschlacke mit Restalkali oder mit Wasser wurde reduziert, sodass die Wasserstofffreisetzung wirksam verhindert wurde und die Aluminiumschlacke intrinsisch sicher gemacht wurde. Vergleichsbeispiel 1 zeigt eine höhere Wasserstofffreisetzung. Vergleichsbeispiel 2 ersetzt die gesättigte Calciumhydroxidlösung mit gesättigter Natriumhydroxidlösung als Explosionsunterdrückungsmittel, die Aluminiumschlacke setzt weiterhin Wasserstoff frei.
(3) Bei einer Zimmertemperatur von 25 °C wurde die aus den obigen Beispielen und Vergleichsbeispielen rückgewonnene Aluminiumschlacke in einen Tonnenbeutel gegeben und 1 Stunde bzw. 24 Stunden stehen gelassen, und die Temperatur im Inneren der Aluminiumschlacke wurde gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
(4) In den Beispielen 1-3 wurden die zwei Enden des Aluminiumschlackenblocks jeweils mit zwei Gleichstrom-Elektrodenplatten (hohle flüssigkeitsgekühlte Metallplatten) verbunden und ein elektrischer Strom wurde angelegt. Nach dem Kühlen wurde ein sicherer Aluminiumschlackenblock erhalten. Im Vergleichsbeispiel 3 wurden die zwei Enden des Aluminiumschlackenblocks jeweils mit zwei massiven Kupferelektrodenplatten verbunden und ein elektrischer Strom wurde angelegt. Nach dem Kühlen wurde ein Aluminiumschlackenblock erhalten. Die Oberflächentemperatur der Aluminiumschlacke wurde gemessen und die Adhäsion zwischen der Elektrodenplatte und dem Aluminiumschlackenblock wurde beobachtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.

Metall	Rückgewinnungsrate in Beispiel 1	Rückgewinnungsrate in Beispiel 2	Rückgewinnungsrate in Beispiel 3	Vergleichsbeispiel 1 Rückgewinnungsrate
Al	98,8 %	98,2 %	99,1 %	83,6 %
Ni	99,2 %	98,5 %	98,1 %	80,3 %
Co	99,5 %	99,6 %	99,2 %	82,7 %
Mn	98,7 %	99,2 %	98,8 %	76,9 %
Li	97,9 %	98,3 %	98,6 %	72,6 %

Material	Beispiel 1 Wasserstofffreisetzungsrate	Beispiel 2 Wasserstofffreisetzungsrate	Beispiel 3 Wasserstofffreisetzungsrate	Vergleichsbeispiel 1 Wasserstofffreisetzungsrate	Vergleichsbeispiel 2 Wasserstofffreisetzungsrate
Aluminiumschlacke	0	0	0	0,5 mg/(h·kg)	0,13 mg/(h·kg)
Batteriepulver	0	0	0	3,3 g/(min·kg)	0

Material	Beispiel 1 Temperatur		Beispiel 2 Temperatur		Beispiel 3 Temperatur		Vergleichsbeispiel 1 Temperatur
Material	1 h	24 h	1 h	24 h	1 h	24 h	1 h	24 h
Aluminiumschlacke	32 °C	26 °C	35 °C	25 °C	30 °C	25 °C	85 °C	72 °C

Eintrag	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Vergleichsbeispiel 3
Oberflächentemperatur der Aluminiumschlacke/°C	88	92	81	156
Adhäsion	Keine Adhäsion zwischen der Aluminiumschlacke und den Platten	Keine Adhäsion zwischen der Aluminiumschlacke und den Platten	Keine Adhäsion zwischen der Aluminiumschlacke und den Platten	Ein Teil der Aluminiumschlacke haftet an den Platten.

Oben wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen beschränkt. Im Rahmen des Wissensstandes von Durchschnittsfachleuten können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Zweck der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Vielfalt. Darüber hinaus können die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und die Merkmale in den Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, wenn kein Konflikt besteht.

Claims

Verfahren zur sicheren Rückgewinnung eines Abfallanodenstücks einer Lithium-Ionen-Batterie, umfassend die folgenden Schritte: (1) Zerkleinern und Sieben des Abfallanodenstücks, um ein Anodenpulver A und eine zerkleinerte Aluminiumschlacke zu erhalten; (2) Mischen der zerkleinerten Aluminiumschlacke mit einer Säurelösung, Rühren bei Ultraschall und danach Nasssieben, um eine Aluminiumschlacke und ein Batteriepulver zu erhalten; (3) Zuerst Auswaschen der in Schritt (2) erhaltenen Aluminiumschlacke mit Wasser, danach mit einem Explosionsunterdrückungsmittel; Zentrifugieren, um eine explosionsunterdrückende Aluminiumschlacke zu erhalten und danach Packen und Verdichten der explosionsunterdrückenden Aluminiumschlacke, um einen Aluminiumschlackenblock zu erhalten; (4) Verbinden von zwei Enden des Aluminiumschlackenblocks mit einer Plusplatte bzw. einer Minusplatte einer Gleichstromelektrode, Anlegen eines Stroms, um den Aluminiumschlackenblock zu schmelzen, und Abkühlen, um einen sicheren Aluminiumschlackenblock zu erhalten; wobei das Explosionsunterdrückungsmittel in Schritt (3) eine gesättigte Calciumhydroxidlösung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (2) ferner die folgenden Schritte umfasst: Filtern des Batteriepulvers und Auswaschen eines resultierenden Filterrückstands, um ein Anodenpulver B zu erhalten; Mischen des Anodenpulvers A und des Anodenpulvers B, Einweichen und Rühren eines resultierenden Gemischs in einer Aluminium auflösenden Lösung, Filtern, Auswaschen eines resultierenden Rückstands, um ein Anodenpulver zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Aluminium auflösende Lösung mindestens eine aus der Gruppe ausgewählte ist, die aus einer Natriumhydroxidlösung, einer Kaliumhydroxidlösung und einer Calciumhydroxidlösung besteht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Volumenkonzentration der Aluminium auflösenden Lösung 0,003-2 mol/l beträgt; und eine Temperatur der Aluminium auflösenden Lösung 15-45 °C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Säure in Schritt (2) eine aus der Gruppe ausgewählte ist, die aus Schwefelsäure, Salzsäure und Salpetersäure besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Feststoff-zu-Flüssigkeit-Verhältnis der zerkleinerten Aluminiumschlacke zur Säurelösung in Schritt (2) 1:(0,3-5) kg/l beträgt; wobei eine Konzentration der Säurelösung in Schritt (2) 0,1-2 mol/l beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aluminiumschlacke in Schritt (3) mit Wasser für 0,5-5 min ausgewaschen wird und mit dem Explosionsunterdrückungsmittel für 0,5-5 min ausgewaschen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Strom in Schritt (4) 80-500 A beträgt und der Strom 0,5-5 s lang angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Plusplatte oder die Minusplatte in Schritt (4) eine hohle Metallplatte mit zirkulierender Flüssigkeitskühlung ist; wobei das Metall ein aus der Gruppe ausgewähltes ist, die aus Kupfer, Silber, Gold, verkupfertem Gold und verkupfertem Silber besteht.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-9 bei der Metallrückgewinnung.