IT201900018185A1

IT201900018185A1 - Dispositivo per l’inattivazione di batterie e metodo che utilizza tale dispositivo

Info

Publication number: IT201900018185A1
Application number: IT102019000018185A
Authority: IT
Inventors: Angelo Forestan; Catya Alba; Renzo Forestan
Original assignee: Laren Srl
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2019-10-08
Publication date: 2021-04-08
Also published as: EP3804869A1

Description

DISPOSITIVO PER L’INATTIVAZIONE DI BATTERIE E METODO CHE UTILIZZA TALE DISPOSITIVO.

DESCRIZIONE

La presente invenzione concerne un dispositivo per realizzare l’inattivazione di batterie, celle e/o pile. Il suddetto dispositivo inoltre può formare parte integrante di un impianto per il trattamento e riciclo di tali batterie.

L’invenzione riguarda inoltre un metodo che utilizza tale dispositivo. Le batterie, in particolare le batterie al litio e a litio-ione, sono una tipologia di batterie comunemente utilizzate nei dispositivi elettronici di consumo quali computer portatili, tablet, telefoni cellulari, dispositivi elettronici portatili, biciclette, moto e auto elettriche, sistemi di stoccaggio stazionari, robot ecc.

Una particolare criticità relativa a tale tipologia di batterie è costituita dall’approvvigionamento delle materie prime necessarie alla loro costruzione, soprattutto per quanto riguarda l’approvvigionamento di metalli quali litio, cobalto, nichel e titanio. Il litio e gli altri metalli, infatti, sono presenti in natura in quantità e aree limitate e richiedono processi di estrazione particolarmente complicati e costosi.

Proprio per tali motivi, oltre che per la maggior sensibilità alle problematiche ambientali, è sempre più incoraggiato il riciclo delle batterie e il recupero dei materiali in esse contenuti.

I procedimenti per il riciclo di batterie al litio e agli ioni di litio comprendono essenzialmente processi idrometallurgici e pirometallurgici.

Il primo punto critico per l’esecuzione di tali procedimenti è costituito dalla necessità di poter accedere al contenuto interno delle batterie. Le batterie al litio e litio-ione contengono infatti numerosi composti nocivi per la salute dell’uomo e dell’ambiente e, inoltre, presentano un elevato rischio di infiammabilità, sia che siano totalmente cariche sia che siano parzialmente cariche, a causa della presenza di litio metallico, composti fluorurati, composti solforati, cloruro di tionile ed anidridi solforose.

Le suddette batterie perciò, se non sono completamente inattive/scariche, non possono essere aperte e manipolate in ambienti ove è presente ossigeno, acqua oppure umidità, per l’elevato rischio di liberare gas nocivi e sviluppare principi di incendio e/o esplosione. Sono noti nell’arte alcuni processi e dispositivi per realizzare l’inattivazione di tali batterie.

Un primo processo noto per l’inattivazione di batterie sfrutta particolari dispositivi generanti altissime temperature, come torce al plasma, che realizzano la fusione dei metalli presenti nelle suddette batterie. I metalli fusi precipitano poi sul fondo del dispositivo ove verranno raccolti e trattati secondo la tecnica nota, mentre i metalli con basso punto di ebollizione vengono raccolti dai sistemi di captazione.

Un altro processo noto per realizzare l’inattivazione di batterie opera invece secondo una modalità opposta alla precedente. Secondo tale processo infatti, le batterie da inattivare vengono disposte in un dispositivo resistente alle basse temperature. All’interno di tale dispositivo le batterie vengono raffreddate fino a circa -178°C in modo da bloccare eventuali esplosioni o incendi e poter quindi essere macinate per formare una polvere nera, comunemente chiamata black mass.

Successivamente, tale polvere dev’essere disciolta in una soluzione basica per poter essere utilizzata per il recupero dei metalli in essa contenuti.

Un altro processo noto per realizzare l’inattivazione delle batterie consiste nell’eseguire la triturazione delle batterie in un dispositivo funzionante in atmosfera di gas inerti quali anidride carbonica o elio, e la successiva dissoluzione della polvere ottenuta in una soluzione acquosa basica.

Tali processi e dispositivi di inattivazione tuttavia presentano diversi inconvenienti.

Un inconveniente è rappresentato dalla complessità di realizzazione degli impianti necessari per la realizzazione dei suddetti processi. E’ necessario infatti provvedere alla realizzazione di impianti dotati di serbatoi e reattori resistenti ad altissime (o bassissime) temperature. E’ evidente che tali serbatoi e reattori, oltre ad essere particolarmente costosi, necessitano di manodopera specializzata e sono sottoposti a normative particolarmente stringenti per quanto riguarda la sicurezza. Un altro inconveniente è rappresentato dal fatto che in taluni casi la triturazione delle batterie dev’essere anch’essa realizzata all’interno di tali serbatoi, in atmosfera e temperatura controllata o in depressione.

Un ulteriore inconveniente di tali processi è rappresentato dal fatto che, durante l’inattivazione delle batterie ad opera dell’alta temperatura, la temperatura e le reazioni all’interno dei dispositivi non sono controllabili.

Non potendo controllare la temperatura all’interno del dispositivo, non sarà possibile controllare lo stato di ossidazione dei metalli e in particolare del litio, caratteristica invece molto importante al fine della sua inertizzazione per il recupero dello stesso litio come ossido e per il recupero degli altri composti costituenti il catodo e l’anodo delle batterie senza modificare o distruggere i composti metallici contenuti. Non ultimo, un altro inconveniente dei metodi e dispositivi noti è che essi necessitano di grandi quantità di soluzioni acquose basiche o acide per il trattamento in sicurezza della polvere ottenuta da tali batterie.

Lo scopo principale della presente invenzione è quindi quello di realizzare un dispositivo che permetta di inattivare le batterie, celle o pile, in particolare di tipo al litio e/o litio-ione, in modo che possano essere poi sottoposte a triturazione per riciclare e recuperare i materiali di cui sono costituite.

In particolare, è uno scopo della presente invenzione che il suddetto dispositivo realizzi l’inattivazione delle batterie in sicurezza, senza il rischio di sviluppare incendi, esplosioni o gas nocivi.

Ulteriormente, è uno scopo della presente invenzione che il dispositivo per l’inattivazione delle batterie funzioni a secco senza la necessità di prevedere elevati quantitativi di soluzioni acquose come nell’arte nota.

Inoltre, è uno scopo dell’invenzione che tale dispositivo possa essere integrato in un impianto di riciclo e recupero di batterie di tipo noto, senza la necessità di adeguare o modificare impianti pre-esistenti. E’ un altro scopo della presente invenzione, realizzare un metodo che permetta di realizzare l’inattivazione delle batterie in sicurezza utilizzando il suddetto dispositivo.

Gli scopi prima ricordati e altri che verranno meglio evidenziati in seguito sono raggiunti da un dispositivo per l’inattivazione di batterie, celle e/o pile come descritto nella rivendicazione principale.

Gli scopi sono inoltre raggiunti con la realizzazione di un impianto per l’inattivazione di batterie, celle e/o pile, come riportato in rivendicazione 6, e da un metodo per l’inattivazione di batterie, celle e/o pile come descritto in rivendicazione 9.

Ulteriori caratteristiche del dispositivo, dell’impianto e del metodo vengono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.

I suddetti scopi, assieme ai vantaggi che verranno menzionati in seguito, saranno meglio evidenziati durante la descrizione di alcune preferite forme esecutive dell’invenzione che vengono date, a titolo indicativo ma non limitativo, con riferimento alle tavole di disegno allegate, dove:

- in figura 1 è mostrata una vista assonometrica del dispositivo per l’inattivazione di batterie, celle e/o pile secondo una prima forma esecutiva dell’invenzione;

- in figura 2 è mostrata una vista laterale del dispositivo di figura 1 con il fondo della camera di inattivazione in posizione di apertura; - in figura 3 è mostrata una vista laterale del dispositivo di figura 1 con il fondo della camera di inattivazione in posizione di chiusura; - in figura 4 è mostrata una vista sezionata, secondo un piano di sezione verticale, del dispositivo di figura 2;

- in figura 5 è mostrata una vista sezionata, secondo un piano di sezione verticale, del dispositivo di figura 3;

- in figura 6 è mostrata una vista assonometrica del dispositivo per l’inattivazione di batterie, celle e/o pile secondo una seconda forma esecutiva dell’invenzione;

- in figura 7 è mostrata una vista sezionata, secondo un piano di sezione verticale, del dispositivo di figura 6;

- in figura 8 è mostrata una vista sezionata, secondo un piano di sezione verticale, del dispositivo di figura 6 con il fondo in posizione aperta;

- le figure da 9 a 11 mostrano il dispositivo di figura 6, in differenti configurazioni operative, durante l’applicazione del metodo dell’invenzione.

Il dispositivo per l’inattivazione di batterie, celle e/o pile, secondo una prima forma esecutiva dell’invenzione viene mostrato nelle figure da 1 a 5 ove è indicato complessivamente con il numero 1.

Il dispositivo 1 dell’invenzione è utilizzato per inattivare le batterie, celle e/o pile, preferibilmente batterie, celle e/o pile al litio e/o litioione, in modo da eliminare la carica residua e renderle così manipolabili in sicurezza per il recupero dei materiali in esse contenuti.

Si specifica che, per semplicità di lettura, nel presente documento verrà utilizzato il termine generico batterie che, tuttavia, dev’essere considerato come comprendente anche celle e/o pile, di ogni tipo, tra cui al litio, litio-ione, litio polimero e nichel metal, preferibilmente al litio e litio-ione.

Secondo la prima forma esecutiva dell’invenzione, il dispositivo 1 comprende una camera di inattivazione 2 delimitata da una o più pareti 22 e da un fondo 23.

La camera di inattivazione 2 è atta a contenere le batterie da inattivare introdotte mediante una via di ingresso 21 e a permettere la realizzazione del trattamento di inattivazione che verrà descritto successivamente.

Come mostrato in figura 1, la camera di inattivazione 2 presenta preferibilmente una forma cilindrica.

Non si esclude tuttavia che, secondo forma alternative dell’invenzione, la camera di inattivazione presenti una forma prismatica.

Secondo la prima forma esecutiva dell’invenzione, la suddetta via di ingresso 21 è definita inferiormente alla camera di inattivazione 2 secondo una direzione Y sostanzialmente verticale.

Vantaggiosamente, il fondo 23 della camera di inattivazione 2 è mobile fra una posizione di chiusura, mostrata in figura 3, in cui il fondo 23 è posizionato in chiusura della suddetta via di ingresso 21 e la camera di inattivazione 2 è isolata dall’ambiente esterno, ed una posizione di apertura, mostrata in figura 2, in cui la camera di inattivazione 2 comunica con l’ambiente esterno mediante la suddetta via di ingresso 21.

Operativamente, quando il fondo 23 è in posizione di apertura, l’operatore carica le batterie da inattivare su quest’ultimo.

Una volta effettuato tale caricamento, il fondo 23, con le batterie da inattivare, è movimentato in chiusura della via di ingresso 21 in modo che le batterie su di esso siano disposte all’interno della camera di inattivazione 2 e che quest’ultima risulti isolata dall’ambiente esterno. Preferibilmente, il caricamento delle batterie da inattivare all’interno della camera di inattivazione 2, attraverso la via di ingresso 21, avviene dal basso verso l’alto secondo la direzione verticale Y.

La movimentazione del fondo 23 è realizzata mediante mezzi di movimentazione 4 configurati per avvicinare/allontanare il fondo 23 a/da la camera di inattivazione 2 attraverso la via di ingresso 21.

Preferibilmente, i mezzi di movimentazione 4 comprendono un pistone idraulico o ad aria compressa 41 a sviluppo telescopico avente l’estremità libera associata al fondo 23.

Dal punto di vista operativo, il movimento del pistone 41 e quindi del fondo 23 secondo la direzione verticale Y consente di movimentare le batterie disposte sul fondo 23 verso l’interno della camera di inattivazione 2 oppure in allontanamento da quest’ultima.

Tale movimento di allontanamento è particolarmente vantaggioso perché consente di estrarre dalla camera di inattivazione 2 le batterie quando sono completamente scariche/inattive.

Non si esclude che, secondo forme esecutive alternative dell’invenzione, tale movimento del fondo 23 possa essere di tipo orizzontale o misto.

Secondo la prima forma esecutiva dell’invenzione, il dispositivo 1 comprende almeno un avvolgimento induttivo 3 configurato per essere alimentato da una corrente elettrica alternata in modo da riscaldare le batterie all’interno della camera di inattivazione 2. Tale riscaldamento è vantaggiosamente ottenuto per effetto induttivo.

Ulteriormente, tale avvolgimento induttivo 3 è disposto esternamente alle pareti 22 della camera di inattivazione 2.

Preferibilmente inoltre, tale avvolgimento induttivo 3 è avvolto attorno ad un asse di avvolgimento A ortogonale al fondo 23, come mostrato in figura 4.

L’avvolgimento induttivo 3 è atto a riscaldare per effetto induttivo le pareti 22 della camera di inattivazione 2 e il fondo 23 quando è disposto in posizione di chiusura.

Le pareti 22 e il fondo 23 sono realizzati in un materiale conduttore di per sé induttivo idoneo anche a trasmettere il calore.

Vantaggiosamente, tale riscaldamento per effetto induttivo delle pareti 22 e del fondo 23 provoca il riscaldamento delle batterie disposte all’interno della camera di inattivazione 2 per irraggiamento, convezione o conduzione oppure una combinazione di queste.

Dapprima saranno riscaldate le batterie posizionate a contatto e in prossimità delle pareti 22 e poi, di seguito, tutte le altre batterie presenti all’interno della camera di inattivazione 2.

Preferibilmente ma non necessariamente, il dispositivo 1 comprende almeno uno strato di materiale termoisolante disposto tra le pareti 22 e l’avvolgimento induttivo 3 che permette vantaggiosamente di diminuire la perdita di calore che avviene per trasmissione verso l’ambiente esterno del calore della camera di inattivazione 2.

Uno dei vantaggi dell’utilizzare il dispositivo dell’invenzione è rappresentato dal fatto che, mediante il passaggio di corrente elettrica alternata nell’avvolgimento induttivo 3, è possibile innescare il processo di riscaldamento delle batterie e, successivamente a tale innesco, il passaggio di corrente elettrica può essere interrotto. Per effetto dell’induzione infatti, il calore verrà trasferito alle pareti 22, poi alle batterie poste in prossimità di quest’ultime e, a seguire, da tali batterie alle batterie disposte più internamente alla camera di inattivazione 2 mediante una reazione esotermica che genera ulteriore calore, velocizzando il passaggio del calore tra le batterie stesse.

Il riscaldamento per effetto induttivo è controllabile dall’operatore variando, a seconda delle esigenze, la potenza e la frequenza della corrente elettrica che attraversa l’avvolgimento induttivo 3.

Secondo la prima forma esecutiva dell’invenzione, il dispositivo 1 presenta una potenza nominale compresa tra 35 e 70 kW, più preferibilmente compresa tra 45 e 65 kW, ancor più preferibilmente di circa 50 kW.

Ulteriormente, il dispositivo 1 opera ad una frequenza compresa tra 2 e 6 kHz, preferibilmente circa 4 kHz.

Si evidenzia tuttavia che i valori di potenza e frequenza sono variabili in base alle dimensioni effettive della camera di inattivazione 2.

Secondo la prima forma esecutiva dell’invenzione, il dispositivo 1 comprende inoltre mezzi di raffreddamento 5 atti a diminuire la temperatura dell’avvolgimento induttivo 3 durante il passaggio della corrente elettrica.

Particolarmente preferiti sono mezzi di raffreddamento 5 a fluido refrigerante, ad esempio acqua glicolata, del tipo di per sé noto.

Tali mezzi di raffreddamento 5 comprendono sostanzialmente un serbatoio per il fluido refrigerante e mezzi di pompaggio che aspirano dal suddetto serbatoio il fluido refrigerante e lo pompano all’interno di una camicia di raffreddamento che circonda la camera di inattivazione 2.

In particolare, il fluido refrigerante viene pompato dal serbatoio all’interno delle spire che compongono l’avvolgimento induttivo 3.

Il fluido refrigerante è mantenuto all’interno del serbatoio ad una temperatura di circa 25°C in modo tale che quando esso viene pompato all’interno dell’avvolgimento induttivo 3, la temperatura di quest’ultimo diminuisca.

Non si esclude tuttavia, che secondo varianti realizzative della presente invenzione, i mezzi di raffreddamento possano essere di tipo diverso da quanto descritto.

E’ noto che il riscaldamento delle varie parti che compongono una batteria, cella o pila provoca l’emissione di gas di combustione tossici che non devono essere rilasciati nell’ambiente se non dopo appropriato trattamento.

Con il dispositivo 1 dell’invenzione, tale emissione di gas avviene internamente alla camera di inattivazione 2.

Inoltre, vantaggiosamente, secondo la prima forma esecutiva dell’invenzione, le pareti 22 e il fondo 23 della camera di inattivazione 2 sono realizzati con uno o più materiali particolarmente resistenti agli agenti chimici aggressivi come quelli che si sviluppano dalla combustione di batterie, ad esempio acido fluoridrico.

Particolarmente preferiti sono dunque materiali realizzati con leghe metalliche resistenti agli acidi forti.

Ulteriormente, secondo la prima forma esecutiva dell’invenzione, su almeno una delle pareti 22 della camera di inattivazione 2 è definita almeno una apertura 24 atta a permettere la fuoriuscita di tali gas di combustione prodotti nella camera di inattivazione 2 durante il funzionamento del dispositivo 1, cioè durante il riscaldamento delle batterie ivi contenute.

Preferibilmente, tale apertura 24 è definita superiormente alla camera di inattivazione 2 secondo la direzione verticale Y, come mostrato in figura 4.

In corrispondenza o in prossimità di tale apertura 24, il dispositivo 1 secondo la prima forma esecutiva dell’invenzione comprende un gruppo 6 di abbattimento dei gas prodotti durante la combustione delle batterie.

Tale gruppo di abbattimento gas 6 comprende un separatore ciclonico, non rappresentato nelle figure, atto a separare dai suddetti gas le particelle di polvere ivi presenti.

Il separatore ciclonico comprende essenzialmente un recipiente cilindro-conico che si sviluppa secondo una direzione longitudinale e sul quale si individua una via di entrata ed una via di uscita dei gas di combustione.

La via di entrata è disposta superiormente a tale recipiente ed è atta ad essere connessa all’apertura 24 della camera di inattivazione 2. Operativamente, i gas di combustione carichi di polvere provenienti dalla camera di inattivazione 2 attraverso l’apertura 24 entrano nel recipiente mediante la suddetta via di entrata.

A causa della conformazione geometrica del recipiente, essi discendono verso la parte inferiore del recipiente instaurando un moto ciclonico secondo un orientamento a spirale.

In tal modo, le particelle di polvere presenti nei gas si depositano per gravità sul fondo conico del recipiente mentre i gas di combustione, ripuliti da tali particelle, si dirigono verso la via di uscita.

Preferibilmente, il separatore ciclonico è configurato per separare dai gas di combustione la frazione di particelle presentanti dimensioni superiori a circa 3 µm, preferibilmente superiori a circa 5 µm.

Tale caratteristica consente vantaggiosamente di estrarre dai gas la frazione polverulenta comprendente grafite, spinelli e metalli derivanti dal catodo o l’anodo delle suddette batterie.

Vantaggiosamente, è in tal modo possibile recuperare la grafite dai gas di combustione e, inoltre, evitare che particelle di dimensioni superiori a 3 µm siano disperse nell’ambiente o vengano trasportate dai gas ai sistemi abbattitori disposti successivamente a tale separatore ciclonico e che verranno descritti più avanti.

Non si esclude tuttavia che, secondo forme alternative dell’invenzione, il suddetto separatore ciclonico non sia presente. Ritornando alla prima forma esecutiva dell’invenzione, il gruppo di abbattimento gas 6 comprende anche uno scrubber configurato per abbattere la concentrazione delle sostanze gassose nocive, particolarmente sostanze acide, presenti nel flusso dei gas prodotti dal riscaldamento delle batterie nella camera di inattivazione 2.

Tale scrubber, non mostrato nelle figure, è uno scrubber del tipo di per sé noto nel settore ed è configurato per diminuire la concentrazione di determinate sostanze presenti in un flusso di gas. Ai fini della presente invenzione, il suddetto scrubber è configurato preferibilmente per abbattere la concentrazione di acido fluoridrico e fosforil fluoruro dal flusso di gas di combustione.

L’abbattimento della concentrazione di tali composti avviene preferibilmente mediante lavaggio basico dei gas di combustione in controcorrente con una soluzione basica di idrossido di potassio e/o di sodio secondo modalità di per sé note che non verranno ulteriormente descritte.

Non si esclude che, secondo forme esecutive alternative dell’invenzione, l’abbattimento della concentrazione delle sostanze nocive presenti nei gas di combustione non avvenga mediante l’utilizzo di uno scrubber ma mediante altri apparecchi noti nell’arte per realizzare tale abbattimento.

Ritornando alla prima forma esecutiva dell’invenzione, il dispositivo 1 comprende inoltre uno scambiatore di calore configurato per diminuire la temperatura della soluzione basica circolante nello scrubber.

Tale scambiatore di calore è uno scambiatore di calore del tipo di per sé noto nell’arte.

Esso è preferibilmente comunicante con lo scrubber, particolarmente con il fondo dello scrubber, in modo da ricevere da quest’ultimo la soluzione basica utilizzata per il trattamento dei gas di combustione descritto in precedenza.

Operativamente, la soluzione basica proveniente dallo scrubber entra nello scambiatore di calore dove perde parte del suo calore in modo tale che, in uscita dallo scambiatore, essa presenti una temperatura compresa tra 30 e 75°C, preferibilmente tra 40 e 65°C .

La soluzione basica raffreddata è poi trasferita nuovamente allo scrubber ove eserciterà la sua funzione.

Fa parte dell’invenzione anche una seconda forma esecutiva del dispositivo 1, mostrata nelle figure da 6 a 11, che comprende tutte le caratteristiche descritte per la prima forma esecutiva, comprese le varianti, tranne per il fatto che la via di ingresso 21 è definita superiormente alla camera di inattivazione 2, preferibilmente superiormente alla camera di inattivazione 2 secondo la direzione Y. Operativamente, il caricamento delle batterie da inattivare all’interno della camera di inattivazione 2 attraverso la via di ingresso 21 avviene dall’alto verso il basso secondo la suddetta direzione Y.

Non si esclude tuttavia che, secondo forme esecutive alternative dell’invenzione, tale via di ingresso 21 sia definita lateralmente alla camera di inattivazione 2 e quindi il caricamento delle batterie avvenga secondo una direzione sostanzialmente orizzontale.

Ritornando alla seconda forma esecutiva dell’invenzione, in corrispondenza della via di ingresso 21, il dispositivo 1 è provvisto di un coperchio 27 disposto a chiusura di tale via di ingresso 21 e configurato per essere movimentato, in maniera automatica o manuale da parte di un operatore, fra una configurazione aperta, mostrata in figura 9, in cui l’operatore può introdurre le batterie da inattivare all’interno della camera di inattivazione 2 ed una configurazione chiusa, mostrata in figura 10, in cui la camera di inattivazione 2 è isolata dall’ambiente esterno.

Secondo tale seconda forma esecutiva dell’invenzione, l’apertura 24 per la fuoriuscita dei gas di combustione è definita su una delle pareti 22, lateralmente alla camera di inattivazione 2.

Ancora secondo la seconda forma esecutiva dell’invenzione, il dispositivo 1 comprende una via di uscita 25 delle batterie inattivate, definita preferibilmente inferiormente alla camera di inattivazione 2. In particolare, secondo tale seconda forma esecutiva, il fondo 23 della camera di inattivazione 2 è mobile fra una posizione di chiusura, in cui il fondo 23 è posizionato in chiusura della suddetta via di uscita 25 ed una posizione di apertura in cui la camera di inattivazione 2 comunica con l’ambiente esterno mediante la suddetta via di uscita 25.

Operativamente, quando il fondo 23 è in posizione di apertura, è consentito l’accesso all’interno della camera di inattivazione 2 e l’estrazione delle batterie inattivate contenute al suo interno.

Tale posizione di apertura è mostrata in figura 8 mentre la posizione di chiusura è mostrata in figura 7.

Non si esclude che, secondo varianti della seconda forma esecutiva dell’invenzione, il fondo 23 sia fisso in una posizione di chiusura della camera di inattivazione 2 e che la via di uscita 25 comprenda sostanzialmente un foro passante realizzato su tale fondo 23.

Secondo tale variante, in corrispondenza della via di uscita 25 è presente preferibilmente uno sportello mobile configurato per assumere una posizione di chiusura di tale via di uscita 25 in cui è impedito l’accesso alla camera di inattivazione 2 ed una posizione di apertura in cui è invece consentito accedere a quest’ultima per l’estrazione delle batterie inattivate.

Ritornando alla seconda forma esecutiva dell’invenzione, il dispositivo 1 comprende anche un serbatoio 7 delle batterie inattivate ricevute dalla camera di inattivazione 2.

Preferibilmente, tale serbatoio 7 e la camera di inattivazione 2 sono disposti adiacenti tra loro dal basso verso l’alto secondo la direzione Y, come mostrato in figura 7.

In particolare, il serbatoio 7 comprende una bocca di entrata 71 affacciata verso la via di uscita 25 della camera di inattivazione 2. Tale serbatoio 7 è configurato per ricevere dalla camera di inattivazione 2 le batterie inattivate attraverso la suddetta bocca di entrata 71 ed il fondo 23 disposto tra la camera di inattivazione 2 e il serbatoio 7.

Tale fondo 23 è vantaggiosamente mobile fra una posizione di chiusura, mostrata in figura 7, in cui la camera di inattivazione 2 è isolata dal serbatoio 7 ed una posizione di apertura, mostrata in figura 8, in cui la camera di inattivazione 2 è comunicante con il serbatoio 7 per permettere il trasferimento delle batterie inattivate dalla camera di inattivazione 2 al serbatoio 7.

Secondo la seconda forma esecutiva dell’invenzione, il dispositivo 1 comprende inoltre mezzi dosatori, non mostrati nelle figure, interposti tra la via di uscita 25 e la bocca di entrata 71 del serbatoio 7.

Tali mezzi dosatori consentono vantaggiosamente di trasferire quantità predefinite di batterie inattivate dalla camera di inattivazione 2 al serbatoio 7.

Preferibilmente ma non necessariamente, i mezzi dosatori comprendono mezzi dosatori a caduta gravimetrica, mezzi dosatori a stella e simili.

Non è escluso che secondo forme alternative dell’invenzione tali mezzi dosatori non siano presenti.

Secondo la seconda forma esecutiva dell’invenzione, il serbatoio 7 comprende mezzi di macinazione 9 configurati per realizzare la macinazione/triturazione delle batterie inattivate ricevute dalla camera di inattivazione 2.

Esempi da non considerarsi limitativi di tali mezzi di macinazione 9 comprendono mulini a martelli, mulini a coltelli, mulini a lame fini e dispositivi similari.

I mezzi di macinazione 9 sono configurati per sminuzzare i componenti delle batterie inattivate, quali a titolo di esempio da non considerarsi limitativo, l’anodo, il catodo e l’involucro contenente la cella.

Inoltre, tali mezzi di macinazione 9 sono configurati per macinare le suddette batterie inattivate e i suddetti componenti per realizzare una polvere.

Tale polvere è composta di particelle presentanti preferibilmente dimensioni inferiori a 5000 µm, preferibilmente inferiore a 1500 µm, più preferibilmente dimensione compresa tra 200 e 1000 µm.

Inoltre, tale polvere è composta per la maggior parte del suo peso da grafite e da particelle di metalli provenienti dall’anodo e dal catodo delle batterie e prende generalmente il nome di black mass.

Non è escluso che secondo forme alternative dell’invenzione, tali mezzi di macinazione siano configurati diversamente da quanto indicato e/o che tali mezzi di macinazione non siano disposti nel serbatoio 7 o ancora che tali mezzi di macinazione non siano presenti.

Ritornando alla seconda forma esecutiva dell’invenzione, il dispositivo 1 comprende inoltre una camera di raccolta 8 per l’accumulo della polvere black mass ricevuta dal serbatoio 7.

Il serbatoio 7 e la camera di raccolta 8 sono comunicanti tra loro e preferibilmente disposti adiacenti uno sopra l’altro secondo la direzione verticale Y.

In particolare, nella parte inferiore del serbatoio 7 è definita una bocca di uscita 72 che consente il passaggio della polvere black mass dall’interno del serbatoio 7 verso tale camera di raccolta 8, come mostrato in figura 11.

Non si esclude che, secondo forme alternative dell’invenzione, tale camera di raccolta 8 non sia presente ed il serbatoio 7 funga anche da camera di raccolta per la suddetta polvere black mass.

Il suddetto dispositivo 1 secondo la prima o la seconda forma esecutiva dell’invenzione può formare parte integrante di un impianto per il trattamento di inattivazione di batterie.

In particolare, l’impianto di inattivazione di batterie secondo l’invenzione comprende almeno una unità di inattivazione per l’inattivazione di batterie, celle e/o pile, particolarmente batterie, celle e/o pile al litio e/o litio-ione.

Tale unità di inattivazione è provvista di un dispositivo 1 comprendente le caratteristiche riportate per la prima o la seconda forma esecutiva dell’invenzione, comprese le varianti.

Vantaggiosamente, l’impianto della presente invenzione comprende inoltre una unità di macinazione posta a valle dell’unità di inattivazione e configurata per macinare le batterie inattivate ricevute dal dispositivo 1.

Tale unità di macinazione consente di macinare le batterie per realizzare polvere black mass di particelle di dimensioni inferiori a 5000 µm, preferibilmente inferiori a 1500 µm, più preferibilmente di dimensioni comprese tra 200 e 1000 µm.

Non si esclude che, quando il suddetto impianto comprende una unità di inattivazione provvista del dispositivo 1 secondo la seconda forma esecutiva dell’invenzione, tale unità di macinazione comprende i mezzi di macinazione 9 descritti poc’anzi.

Ritornando all’impianto secondo l’invenzione, esso comprende inoltre una unità di vibrovagliatura disposta a valle dell’unità di macinazione. Tale unità di vibrovagliatura è configurata per vibrovagliare le particelle di polvere black mass provenienti dall’unità di macinazione, separando la frazione delle particelle contenente ferro, rame e/o alluminio.

Vantaggiosamente, risulta così possibile separare la frazione di polvere ricca di composti metallici da destinare a riciclo, es. spinelli del litio, dalla frazione di polvere contenente metalli comuni solitamente destinati al recupero con altri sistemi di tipo meccanico, chimico.

La suddetta unità di vibrovagliatura è provvista preferibilmente di uno o più vagli dell’ordine di grandezza di 50-250 micron, che consentono di separare ferro, rame e alluminio dalla frazione di particelle ricche in composti appartenenti alla classe degli spinelli. Tale frazione di spinelli può quindi essere destinata a trattamenti specifici che consentono di recuperare il litio e gli altri metalli presenti, nonché di ottenere nuovo materiale catodico utilizzabile.

Ancora vantaggiosamente, la presenza di un’unità di vibrovagliatura permette di eliminare eventuali grumi o aggregati di particelle presenti nella polvere black mass, rendendo omogenea tale miscela di particelle.

Non è escluso tuttavia, che in forme esecutive alternative dell’invenzione, tale unità di vibrovagliatura sia parte integrante del dispositivo 1 oppure che tale unità di vibrovagliatura non sia presente e la polvere black mass possa essere resa più omogenea mediante azione meccanica di sfregamento o centrifugazione secondo modalità di per sé note.

Un altro aspetto della presente invenzione concerne un metodo per l’inattivazione di batterie, celle e/o pile, particolarmente batterie, celle e/o pile al litio e/o litio-ione, che consente di rendere quest’ultime manipolabili dagli operatori per realizzarne il recupero o il riciclo senza il rischio di incendio o esplosioni e senza liberazione nell’ambiente di gas nocivi.

Il suddetto metodo fa preferibilmente uso del dispositivo 1 secondo la prima o la seconda forma esecutiva dell’invenzione, comprese le varianti.

Tale metodo fa inoltre preferibilmente uso di un impianto secondo quanto descritto poc’anzi.

In particolare, il metodo dell’invenzione prevede di inattivare le batterie mediante riscaldamento e che tale riscaldamento sia ottenuto per effetto induttivo.

Operativamente, le batterie da inattivare vengono disposte all’interno della camera di inattivazione 2 prima del suddetto riscaldamento, come mostrato in figura 9.

Preferibilmente, tali batterie vengono disposte all’interno della camera di inattivazione 2 in quantità tale che il grado di riempimento della suddetta camera 2, cioè il rapporto percentuale tra volume vuoto di camera e volume pieno di camera, sia compreso tra 10 e 50%, più preferibilmente tra 15 e 40%.

Una volta posizionate tali batterie nella camera di inattivazione 2, almeno una parete 22 della camera di inattivazione 2 viene riscaldata mediante il passaggio di una corrente elettrica alternata nell’avvolgimento induttivo 3 disposto esternamente a tali pareti 22. Il riscaldamento per effetto induttivo delle pareti 22 e del fondo 23 ad opera dell’avvolgimento induttivo 3 provoca il riscaldamento delle batterie disposte all’interno della camera di inattivazione 2 per irraggiamento, convezione o conduzione oppure una combinazione di queste, come rappresentato in figura 10.

Secondo il metodo dell’invenzione, la frequenza di tale corrente elettrica alternata è compresa tra 3 e 5 kHz, preferibilmente circa 4 kHz.

La tensione di corrente è preferibilmente di circa 500 Volt.

Ulteriormente, secondo il metodo dell’invenzione, tale corrente elettrica è applicata per un tempo superiore a 5 minuti.

In particolare, il metodo prevede di riscaldare per effetto induttivo tali batterie fino al raggiungimento, all’interno della camera di inattivazione 2, di una temperatura inferiore a 650°C, preferibilment e inferiore a 550°C.

Vantaggiosamente, il rispetto di tale temperatura consente di ottenere l’inattivazione completa delle batterie inibendo le potenziali reazioni causate dalla presenza di litio metallico e controllando l’emissione di gas nocivi. Inoltre, rispettando tale temperatura, i metalli contenuti nelle suddette batterie conservano una forma chimica ottimale per il loro recupero.

Tale ultima caratteristica è risultata particolarmente vantaggiosa perché consente di poter utilizzare tali batterie inattivate per il recupero dei materiali anodici e catodici in esse contenuti.

Durante il riscaldamento delle batterie è preferibile mantenere la camera di inattivazione 2 in leggera depressione, a circa -0,1/-0,2 mbar, per facilitare il direzionamento dei gas di combustione verso l’apertura 24 e il gruppo di abbattimento gas 6.

Ulteriormente, preferibilmente precedentemente al suddetto riscaldamento, la camera di inattivazione 2 è inertizzata con un gas inerte, ad esempio CO2.

Secondo il metodo dell’invenzione, successivamente al riscaldamento delle suddette batterie, le batterie inattivate vengono macinate mediante i mezzi di macinazione 9 per realizzare la polvere black mass derivante dalle batterie inattivate, come mostrato in figura 11. Tale polvere di batterie è composta preferibilmente da particelle di dimensioni inferiori a 5000 µm, preferibilmente inferiore a 1500 µm, più preferibilmente dimensione compresa tra 200 e 1000 µm.

Successivamente all’operazione di macinazione, il metodo dell’invenzione prevede di realizzare un’operazione di vibrovagliatura in cui la suddetta polvere proveniente dall’operazione di macinazione, viene vibrovagliata mediante uno o più vagli del tipo di per sé noto, per separare la frazione di particelle contenenti ferro, rame e alluminio dalla frazione di particelle ricche in ossidi metallici relativi alla classe degli spinelli di litio.

Non si esclude che, secondo forme alternative del metodo dell’invenzione, tale operazione di vibrovagliatura non sia presente e/o che la separazione delle particelle di polvere black mass in frazioni di particelle contenenti materiali diversi venga realizzata secondo modalità differenti da quanto indicato, ad esempio mediante separazione magnetica o centrifugazione.

E’ evidente che il metodo dell’invenzione, secondo la forma esecutiva preferita dell’invenzione, comprese le varianti, può essere realizzato in modalità in continuo o in discontinuo.

Vantaggiosamente, la modalità in continuo consente di trattare più gruppi di batterie contemporaneamente.

Infatti, mediante il metodo dell’invenzione, è possibile realizzare l’operazione di riscaldamento per effetto induttivo di un primo gruppo di batterie da inattivare contemporaneamente all’operazione di macinazione di un secondo gruppo di batterie precedentemente inattivate. Inoltre, contemporaneamente a tali operazioni è possibile realizzare anche l’operazione di vibrovagliatura di un ulteriore gruppo di batterie, diverso dai precedenti, già sottoposto a riscaldamento e macinazione.

Non si esclude che, secondo forme alternative dell’invenzione, l’operazione di macinazione e/o l’operazione di vibrovagliatura non siano realizzate contemporaneamente all’operazione di riscaldamento oppure non siano presenti.

Vantaggiosamente, il metodo dell’invenzione consente di ottenere polvere black mass direttamente dalle batterie, senza l’utilizzo di soluzioni acquose come per i metodi noti.

Risulta pertanto ridotta la produzione di soluzioni/sostanze reflue di scarto che necessiterebbero di operazioni speciali di smaltimento rifiuti. Conseguentemente, è diminuito l’impatto ambientale del metodo dell’invenzione rispetto ai metodi noti.

In base a quanto detto dunque, il dispositivo 1, l’impianto e il metodo dell’invenzione raggiungono tutti gli scopi prefissati.

In particolare, il dispositivo dell’invenzione permette di inattivare le batterie, celle e/o pile in modo che possano essere sottoposte a trattamento di riciclo e recupero dei materiali di cui sono costituite senza il rischio di sviluppo di incendi o esplosioni o emissione di gas nocivi.

Inoltre, il dispositivo dell’invenzione è integrabile in un impianto per il riciclo e recupero di batterie di tipo noto, senza la necessità di adeguare o modificare impianti pre-esistenti.

Ulteriormente, il metodo di inattivazione di batterie secondo l’invenzione consente di ottenere batterie inattivate e polvere di tali batterie a secco, senza la necessità cioè di utilizzare di soluzioni acquose che dovrebbero altrimenti essere smaltite in accordo alle normative sui rifiuti speciali.

L’invenzione verrà ora descritta con alcuni esempi che devono essere considerati come illustrativi e non limitativi.

Esempio 1

Dopo la cernita di diversi tipi di batterie esauste ed eliminazione delle loro componenti di confezionamento in plastica, 3 chilogrammi di batterie scelte di tipo AAA agli ioni di litio sono state caricate nella camera di inattivazione 2 di un dispositivo 1 secondo la prima forma esecutiva dell’invenzione.

L’interno di tale camera è stato inertizzato con gas inerte CO2 e posto ad una leggera depressione di -0,18 mbar.

Sono state dunque riscaldate le batterie mediante azionamento dell’avvolgimento induttivo 3. E’ stata utilizzata una potenza di 12,5 kW, una frequenza di 4 kHz ed una tensione di 500 V.

La temperatura raggiunta all’interno della camera di inattivazione dopo innesco del riscaldamento è di circa 550°C .

Il passaggio di corrente elettrica è stato modulato ed interrotto dopo circa 60 minuti.

Successivamente le batterie sono estratte dalla camera di inattivazione 2.

Esse risultano inodori e totalmente prive di carica residua.

Esempio 2

Dopo la cernita di diversi tipi di batterie esauste ed eliminazione delle loro componenti di confezionamento in plastica, 10 chilogrammi di batterie scelte provenienti da cellulari di tipo agli ioni di litio e litioione-polimero sono state caricate nella camera di inattivazione 2 del dispositivo 1 utilizzato per l’esempio 1.

L’interno della camera 2 è stato inertizzato con gas inerte CO2 e posto ad una leggera depressione di -0,18 mbar.

Sono state dunque riscaldate le batterie mediante azionamento dell’avvolgimento induttivo 3 ad una potenza di 12,5 kW, una frequenza di 4 kHz e una tensione di 500 V.

La temperatura raggiunta all’interno della camera di inattivazione è di circa 510°C .

Durante il riscaldamento, la potenza elettrica dell’avvolgimento induttivo 3 è stata modulata. Il passaggio di corrente elettrica è stato interrotto dopo circa 65 minuti e le batterie allontanate dalla camera di inattivazione 2.

Il peso delle batterie allontanate dalla camera risulta ridotto del 20% a seguito del riscaldamento.

Esse risultano inodori e totalmente prive di carica residua.

Esempio 3

Dopo la cernita di diversi tipi di batterie esauste ed eliminazione delle loro componenti di confezionamento in plastica, 14 chilogrammi di batterie scelte di tipo AAA al litio e litio-ione sono state caricate nella camera di inattivazione 2 del dispositivo 1 utilizzato per l’esempio 1. L’interno della camera 2 è stato inertizzato con gas inerte CO2 e posto ad una leggera depressione di -0,18 mbar.

Sono state dunque riscaldate le batterie mediante azionamento dell’avvolgimento induttivo 3 ad una potenza di 12,5 kW, una frequenza di 4 kHz ed una tensione di 500 V.

La temperatura raggiunta all’interno della camera di inattivazione è di circa 550°C .

Il passaggio di corrente elettrica è stato modulato ed interrotto dopo circa 50 minuti. Successivamente le batterie sono state allontanate dalla camera di inattivazione 2.

Esse risultano aperte, inodori e totalmente prive di carica residua.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo (1) per l’inattivazione di batterie, celle e/o pile, particolarmente batterie, celle e/o pile al litio e/o litio-ione, comprendente una camera di inattivazione (2) di dette batterie, celle e/o pile da inattivare introdotte mediante una via di ingresso (21); detta camera di inattivazione (2) essendo delimitata da una o più pareti (22) e da un fondo (23); caratterizzato dal fatto che detto dispositivo (1) comprende almeno un avvolgimento induttivo (3) configurato per essere alimentato da una corrente elettrica alternata in modo da riscaldare dette batterie, celle e/o pile da inattivare all’interno di detta camera di inattivazione (2).
2) Dispositivo (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto almeno un avvolgimento induttivo (3) è disposto esternamente a dette pareti (22) ed è avvolto attorno ad un asse di avvolgimento (A) preferibilmente ortogonale a detto fondo (23); detto almeno un avvolgimento (3) essendo atto a riscaldare per effetto induttivo dette pareti (22); dette pareti (22) essendo realizzate in un materiale atto a trasmettere il calore.
3) Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che su almeno una di dette pareti (22) di detta camera di inattivazione (2) è definita almeno una apertura (24) atta a permettere la fuoriuscita dei gas prodotti in detta camera di inattivazione (2) durante il riscaldamento di dette batterie, celle e/o pile.
4) Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto fondo (23) è mobile fra una posizione di chiusura in cui detto fondo (23) è posizionato in chiusura di detta via di ingresso (21) di detta camera di inattivazione (2) ed una posizione di apertura in cui detta camera di inattivazione (2) comunica con l’ambiente esterno mediante detta via di ingresso 5) Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto di comprendere un serbatoio (7) di dette batterie, celle e/o pile inattivate ricevute da detta camera di inattivazione (2) attraverso una via di uscita (25) definita in detta camera di inattivazione (2); detto fondo (23) di detta camera di inattivazione (2) essendo mobile fra una posizione di chiusura in cui detto fondo (23) è posizionato in chiusura di detta via di uscita (25) ed una posizione di apertura in cui detta camera di inattivazione (2) è comunicante con detto serbatoio (7); detto serbatoio (7) comprendendo preferibilmente mezzi di macinazione (9) di dette batterie, celle e/o pile inattivate. 6) Impianto di inattivazione di batterie, celle e/o pile, particolarmente batterie, celle e/o pile al litio e/o litio-ione, comprendente almeno una unità di inattivazione per l’inattivazione di dette batterie, celle e/o pile caratterizzato dal fatto che detta unità di inattivazione è provvista di un dispositivo (1) come definito in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti. 7) Impianto secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere una unità di macinazione posta a valle di detta unità di inattivazione e configurata per macinare le batterie, celle e/o pile inattivate in particelle; dette particelle essendo di dimensioni preferibilmente inferiori a circa 5000 µm, più preferibilmente inferiori a circa 1500 µm. 8) Impianto secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto di comprendere una unità di vibrovagliatura disposta a valle di detta unità di macinazione; detta unità di vibrovagliatura essendo configurata per vibrovagliare dette particelle e separare la frazione di dette particelle contenente ferro, rame e/o alluminio. 9) Metodo per l’inattivazione di batterie, celle e/o pile, particolarmente batterie, celle e/o pile al litio e/o litio-ione, comprendente il riscaldamento di dette batterie, celle e/o pile caratterizzato dal fatto che detto riscaldamento è ottenuto mediante effetto induttivo. 10) Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la frequenza della corrente elettrica alternata utilizzata per generare detto effetto induttivo è compresa tra 3 e 5 kHz, preferibilmente circa 4 kHz. 11) Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che, prima di detto riscaldamento, dette batterie, celle e/o pile sono disposte all’interno di una camera di inattivazione (2) delimitata da almeno una parete (22), detto riscaldamento di dette batterie, celle e/o pile essendo realizzato riscaldando per effetto induttivo detta almeno una parete (22) di detta camera di inattivazione (2). 12) Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 11, caratterizzato dal fatto di riscaldare dette batterie, celle e/o pile ad una temperatura inferiore a 650°C, preferibilmente inferiore a 550°C . 13) Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11 o 12, caratterizzato dal fatto che detta camera di inattivazione (2) appartiene ad un dispositivo (1) per l’inattivazione di batterie, celle e/o pile come definito in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5.