CN102347520B - 新能源车用动力电池回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种新能源车用动力电池回收方法，包括以下步骤：(1)放电：对失效动力电池进行放电操作，去除动力电池的剩余电量，以保证后面的工序能够安全地进行；(2)初步分拆；(3)电池单体的性能参数检测及分类；(4)电池单体拆解：对没有使用价值的电池单体进行分拆，取出电池单体的正极和负极的极片；(5)对得到的正、负极极片进行元素分析，根据所得元素分析的结果，按各个元素的含量，按照目标产品的各个主要元素的比例决定不同批次原料的混合量，采用湿法冶炼的方法提取金属元素，制备目标产物；(6)对有使用价值的电池单体，通过电池分选机按照电池单体的剩余电容量分选，按电容量进行分级归类，然后再根据实际使用需要应用到产品中去。
Description
技术领域
本发明涉及新能源车用动力电池回收方法。
背景技术
为摆脱对日益枯竭的石油资源依赖，减少传统汽车尾气排放对环境严重污染，电动汽车越来越受到世界各国的重视。《国家“十二五”科学和技术发展规划》，明确提出“十二五”期间将大力推动新能源电动汽车产业的发展。 到2015年，电动汽车保有量达100万辆，产值预期超过1000亿元。
电动汽车的能量全部或部分来自动力电池，而动力电池的寿命一般只有一到三年，相对于汽车或电动汽车，动力电池的更替频率更大，一辆电动汽车生命周期内起码需要更换三到四个动力电池。不远的未来，当电动汽车形成规模后，将会有大量的报废动力电池需要处理。
目前，电池的回收技术都只是针对一般的手机电池、数码相机电池等小型充电电池的回收处理，由于这些小型充电电池的体积小、电量小、电压小，其拆解的危险性比较小，所以一般都是采用人手或者机械破碎，工艺非常简单。但是车用动力电池因需要满足汽车使用，其体积、电压和电量都非常大。而且车用动力电池一般是由许多电池单体或者是由十几或者数十个电池单体组成电池模块构成。就一个电池单体来说，其体积比一般的手机电池、数码相机电池等小型充电电池的体积大，其电压和电量也高，因而车用动力电池及其模块和单体的拆解都存在很大的危险性，例如容易起火或***。车用动力电池的结构也比较复杂，除了电池单体以外，还有像铁片、铜片、电线、线路板、塑料和橡胶等材料，其回收处理难度非常大。而正是由于车用动力电池具有体积大、电量大、结构复杂以及拆解具有很大的危险性的特点，因而安全防护性不高的一般的小型充电电池的回收处理方法并不适用车用动力电池的回收处理。
但是，失效的动力电池不等于其内部电池组或者单体全部失去使用价值，这是因为动力电池要求内部电池组和电池单体有高度一致性，任一电池单体性能下降都会可能导致整个动力电池失效。失效动力电池内部的大多数电池单体仍然具有较高的性能（又称为余能），这些电池单体是可以重新再利用的，能充分地利用动力电池的余能可以有效的提高资源的利用率。而对于余能不高，没有继续使用价值的电池单体，若只对其简易填埋处理或简易处理，会导致至它们成为环境难以消解的物质，对环境产生二次污染和日益严重的破坏。其实动力电池的电池材料也是具有相当价值的，可以回收这些电池材料，以实现失效电池的材料资源化回收利用，同时也能提高资源综合利用率，缓解环境负担和污染。目前，在动力电池资源化回收及余能利用方面，还没有相关的报道。
发明内容
本发明的目的提供一种安全的、能实现失效车用动力电池的能源梯次利用的新能源车用动力电池回收方法。
本发明的发明目的是通过以下技术方案来实现的：一种新能源车用动力电池回收方法，包括以下步骤：
(1) 放电：对失效动力电池进行放电操作，去除动力电池的剩余电量，以保证后面的工序能够安全地进行；
(2) 初步分拆：对动力电池的部件进行分拆，得到金属件、非金属件、电线、线路板以及电池单体；
(3) 电池单体检测及分类：检测电池单体的性能参数，然后根据所得的性能参数将电池单体分为具有使用价值的电池单体和没有使用价值的电池单体；
(4) 电池单体拆解：对没有使用价值的电池单体进行分拆，取出电池单体的正极和负极的极片；而拆解得到的塑料、金属、橡胶、正极极片和负极极片经分选、破碎和筛分工序回收处理，并按类别分类；
(5) 对得到的正、负极极片进行元素分析，根据所得元素分析的结果，按各个元素的含量，按照目标产品的各个主要元素的比例决定不同批次原料的混合量，提取金属元素，制备目标产物；
(6) 对有使用价值的电池单体，通过电池分选机按照电池单体的剩余电容量分选，按电容量进行分级归类，然后再根据实际使用需要应用到产品中去。
本发明所述步骤(1)中根据动力电池的电源接口、电压、电池容量等参数，使用对应的电池放电仪器进行放电操作。所述的放电方式采用恒电流放电、恒电阻放电和恒功率放电中的一种或几种结合。
本发明所述步骤(2)中当动力电池内部由若干电池组组成时，继续拆开电池组外壳和连接部件，取出电池单体。
本发明所述步骤(3)中的性能参数包括剩余电容量、循环寿命、电压、输出功率和内阻等。
在本发明所述步骤(3)中电池单体是否具有使用价值，以根据各种可以再利用场合的电池性能的要求为判断标准，若电池单体的性能参数符合某一再利用场合的要求的，即可判断为具有使用价值的电池单体；若电池单体的性能参数不符合任何再利用场合的要求的，即可判断为不具有使用价值的电池单体。
作为本发明的优选实施例：所述步骤(3)中所述的具有使用价值的电池单体是剩余容量高于初始容量的60%的电池单体，或剩余能量的体积密度或者质量密度达不到动力电池相关要求的，但性能参数无明显缺陷的电池单体；而所述的没有使用价值的电池单体为剩余容量低于初始容量的60%的电池单体，或剩余能量的体积密度或者质量密度达不到相关动力电池要求的，且性能参数有明显缺陷的电池单体。所述的性能参数有明显缺陷是指电池内阻过高、输出电压、电流、或者功率过低，且不符合相应再利用场合的要求。所述的性能参数无明显缺陷是指电池内阻、输出电压、电流以及功率符合相应再利用场合的要求。
本发明所述的步骤(5)具体操作为：对各个批次的正、负极极片中的镍、钴、锰、锂、铁和钛等元素进行化学分析，得到正、负极极片中的镍、钴、锰、锂、铁和钛等元素的的含量，按照目标产品的中镍、钴、锰、锂、铁和钛等主要元素的比例决定不同批次原料的混合量，采用湿法冶炼的方法提取金属元素，制备目标产物。所述的目标产物包括钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂和其它镍钴锰铁钛等元素组成的材料。
本发明所述的步骤(6)具体操作为：对有使用价值的电池，通过电池分选机按照电池的剩余容量分选，按电容量进行分级归类，然后按照实际需求再利用，即根据不同的使用市场对容量、电压、体积等参数的要求，对不同容量等级的电池单体再利用到电子产品、应急灯和家庭储能站等不同的应用领域。
本发明还包括以下步骤(7)：对步骤(2)分拆所得的金属件和电线通过人工和/或机械分离设备分离成各种金属件；对非金属件通过人工和/或机械分离设备分离成橡塑材料，然后进行破碎处理，在进行品种和/或尺寸分选，得到分选的橡塑粒料。
本发明还包括以下步骤(8)：对步骤(2) 分拆所得的线路板进行脱焊处理，得到印刷板、焊锡和元器件，在对印刷板和部分元器件进行破碎处理，而将焊锡和另一部分元器件回收再利用。
本发明中还可以对步骤(7)所得的橡塑粒料进行进一步的处理，在橡塑粒料中添加偶联剂、助剂和热塑性塑料后混匀、混炼、造粒制成组合成分的塑料成品或直接进入模具注塑成型。
本发明所述步骤(7)中可进一步对分离所得的各种金属件进行初步分析和归堆成各种同质金属料件，可以用于合金材料的制备，或者是用于金属的冶炼加工。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1) 回收利用率高：本发明中对车用动力电池进行放电后分拆，可以获得金属件、非金属件、电线、线路板以及电池单体等部件，可以分别按分类对这些部件进行回收及再次利用，实现了失效车用动力电池的资源的梯次利用，以充分利用失效车用动力电池的资源充，避免浪费能源。
(2) 合理、充分利用资源：本发明对回收电池单体中的剩余容量高的电池单体按剩余电容量分级，再利用应用于家庭储能站、应急灯、电子设备等场合中，充分地利用了车用动力电池的余能。而对剩余容量低的电池单体进行资源再生制造钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂和其它镍钴锰铁钛等元素组成的材料，不仅充分利用了电池单体中的材料，还减少了环境的负担和污染。
(3) 安全：本发明提供的车用动力电池回收利用方法危险性低，安全可靠，解决了车用动力电池回收的问题。
附图说明
图1是本发明实施例的工序流程框图。
具体实施方式
一种新能源车用动力电池回收的方法，包括以下步骤：
(1) 放电：进行放电操作；根据动力电池的电源接口、电压、电池容量等参数，使用对应的电池放电仪器对失效动力电池进行放电操作，去除动力电池的剩余电量，以保证后面的工序能够安全地进行。放电方式采用恒电流放电、恒电阻放电和恒功率放电中的一种或几种结合。
(2) 初步分拆：对动力电池的部件进行分拆，得到金属件、非金属件、电线、线路板以及电池单体；当动力电池内部由若干电池组组成时，继续拆开电池组外壳和连接部件，取出电池单体。
(3) 电池单体检测及分类：检测电池单体的性能参数，检测的性能参数包括：剩余电容量、循环寿命、电压、输出功率和内阻等，然后根据所得的性能参数将对电池单体分为具有使用价值的电池单体和没有使用价值的电池单体，即以根据各种可以再利用场合的电池性能的要求为判断标准，若电池单体的性能参数符合某一再利用场合的要求的，即可判断为具有使用价值的电池单体，例如剩余容量高于初始容量的60%，或虽剩余能量的体积密度或者质量密度达不到相关要求，但性能无明显缺陷的电池单体为具有使用价值的电池单体。若电池单体的性能参数不符合任何再利用场合的要求的，即可判断为不具有使用价值的电池单体，例如剩余容量低于初始容量的60%，或剩余能量的体积密度或者质量密度达不到相关动力电池要求的，或性能参数有明显缺陷的电池单体为没有使用价值的电池单体。其中，性能参数有明显缺陷是指电池内阻过高、输出电压、电流、或者功率过低，且不符合相应再利用场合的要求。性能参数无明显缺陷是指电池内阻、输出电压、电流以及功率符合相应再利用场合的要求。
(4) 对没有使用价值的电池单体拆解：对电池单体进行放电，然后根据外壳材料、结构和尺寸选用车床、铣床、锯床、水刀和线切割等不同的拆解工具进行切割分离。拆解时，外壳拆解的位置要以不损坏电池内部正负极极片为原则，首先从电池单体的正、负极极片处下刀，切断连接正、负极极片和作为极片的集流体的铜箔或者铝箔，再沿电池单体的外沿破开外壳，取出正、负极极片；然后采用磁选、重力分选、旋风分离等方法把拆解后的材料初步分类，分成塑料、金属铜、金属铝、不锈钢、极片和隔膜等部件，而拆解得到的塑料、金属铜、金属铝、不锈钢、极片和隔膜等部件经分选、破碎和筛分工序回收处理。由于电池的正、负极的结构是正极极片和负极极片材料附着在铜箔或者铝箔构成的金属集流体上，一般是用粘结剂把正、负极材料固定在铜或铝箔上，分离正极片、负极片、铜箔和铝箔时，可采用破碎筛分、加热去除粘结剂或溶剂溶解粘结剂等方法。
(5) 对各个批次的正、负极极片中的镍、钴、锰、锂、铁和钛等元素进行化学分析，得到正、负极极片中的镍、钴、锰、锂、铁和钛等元素的的含量，根据所得元素分析的结果，按照目标产品的中镍、钴、锰、锂、铁和钛等主要元素的比例决定不同批次原料的混合量，采用酸溶、除杂、萃取和合成等湿法冶炼的方法提取金属元素，制备目标产物。所述的目标产物包括钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂和其它镍钴锰铁钛等元素组成的材料。
(6) 对有使用价值的电池，通过电池分选机按照电池的剩余容量分选，以额定容量是3000mAh的电池单体为例，按60%的剩余容量（即1800mAh）判定可以再利用，分为2600～3000 mAh、2200～2600 mAh和1800～2200 mAh三个容量等级的电池，按照实际需求再利用，即根据不同的使用市场对容量、电压、体积等参数的要求，对不同容量等级的电池单体再利用到电子产品、应急灯和家庭储能站等不同的应用领域。
(7) 对步骤(2)分拆所得的金属件和电线通过人工和/或机械分离设备分离成各种金属件，并进一步对分离所得的各种金属件进行初步分析和归堆成各种同质金属料件，可以用于合金材料的制备，或者是用于金属的冶炼加工；对非金属件通过人工和/或机械分离设备分离成橡塑材料，然后进行破碎处理，在进行品种和/或尺寸分选，得到分选的橡塑粒料。可以在橡塑粒料中添加偶联剂、助剂和热塑性塑料后混匀、混炼、造粒制成组合成分的塑料成品或直接进入模具注塑成型，以实现橡塑材料的回收利用。
(8) 对步骤(2) 分拆所得的线路板进行脱焊处理，得到印刷板、焊锡和元器件，在对印刷板和部分元器件进行破碎处理，而将焊锡和另一部分元器件回收再利用。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不是限制，因此凡是依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (2)
1.一种新能源车用动力电池回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1) 放电：对失效动力电池进行放电操作，去除动力电池的剩余电量；
(2) 初步分拆：对动力电池的部件进行分拆，得到金属件、非金属件、电线、线路板以及电池单体；
(3) 电池单体检测及分类：检测电池单体的性能参数，检测的性能参数包括：剩余电容量、循环寿命、电压、输出功率和内阻，然后根据所得的性能参数将对电池单体分为具有使用价值的电池单体和没有使用价值的电池单体，即以根据各种可以再利用场合的电池性能的要求为判断标准，若电池单体的性能参数符合某一再利用场合的要求的，即可判断为具有使用价值的电池单体，若电池单体的性能参数不符合任何再利用场合的要求的，即可判断为不具有使用价值的电池单体；
(4) 电池单体拆解：对没有使用价值的电池单体进行放电，然后进行拆解，在拆解时，外壳拆解的位置要以不损坏电池内部正负极极片为原则，首先从电池单体的正、负极极片处下刀，切断连接正、负极极片和作为极片的集流体的铜箔或者铝箔，再沿电池单体的外沿破开外壳，取出电池单体的正极和负极极片；然后采用磁选、重力分选、旋风分离方法把拆解后的材料初步分类，分成塑料、金属铜、金属铝、不锈钢、橡胶、正极极片、负极极片和隔膜部件，而拆解得到的塑料、金属铜、金属铝、不锈钢、橡胶、正极极片、负极极片和隔膜部件经分选、破碎和筛分工序回收处理；
(5) 对各个批次的正、负极极片中的镍、钴、锰、锂、铁和钛元素进行化学分析，得到正、负极极片中的镍、钴、锰、锂、铁和钛元素的的含量，按照目标产品的中镍、钴、锰、锂、铁和钛主要元素的比例决定不同批次原料的混合量，采用湿法冶炼的方法提取金属元素，制备目标产物；
(6) 对有使用价值的电池单体，通过电池分选机按照电池单体的剩余电容量分选，按电容量进行分级归类，然后再根据实际使用需要应用到产品中去。
2.根据权利要求1所述的新能源车用动力电池回收方法，其特征在于，所述步骤(2)中当动力电池内部由若干电池组组成时，继续拆开电池组外壳和连接部件，取出电池单体。
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