Công nghệ thu hồi hiệu quả cao các kim loại có giá trị từ pin lithium-ion thải đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu trong và ngoài nước. Nhằm vào hiện trạng của công nghệ thu hồi kim loại có giá trị trong pin lithium-ion thải, bài báo này giới thiệu các phương pháp nghiên cứu tiền xử lý và xử lý vật liệu catốt trong quá trình thu hồi kim loại có giá trị, đồng thời đánh giá ngắn gọn ưu nhược điểm của các phương pháp khác nhau. Trong quá trình tái chế, các khó khăn kỹ thuật như quá trình tách và lọc phức tạp và dễ phát sinh ô nhiễm thứ cấp đã được phân tích, và chỉ ra rằng tiếp theo nên thực hiện nghiên cứu sâu về quá trình tái chế, khám phá quy trình tái chế hiệu quả, và công nghiệp hóa xu hướng phát triển của các kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

Trong cuộc sống hiện đại, các thiết bị liên lạc điện tử như máy ảnh, máy quay phim, máy tính xách tay, điện thoại di động sử dụng pin lithium-ion đã được con người sử dụng rộng rãi. Các thành phần chính của pin lithium-ion là điện cực dương, điện cực âm, bộ phân tách và chất điện phân. Điện cực dương của pin bao gồm chất hoạt động của điện cực dương, chất dẫn điện, chất kết dính, bộ thu dòng điện, và các chất tương tự. Điện cực âm của pin được cấu tạo chủ yếu bởi chất hoạt động của điện cực âm và bộ thu dòng điện. Một bộ phân cách bao gồm một polyme phân tách các điện cực âm và dương. Chất điện phân đóng vai trò sạc và xả pin. Tuy nhiên, pin lithium-ion có tuổi thọ hạn chế, thường dưới 3 năm. Pin thải có chứa các chất độc hại có thể làm hỏng chất lượng đất và nước trong môi trường. Sự khuếch tán của các chất độc hại này vào cơ thể người và động vật sẽ gây nguy hiểm cho sức khỏe. Tái chế kim loại có giá trị không chỉ có thể cải thiện môi trường mà còn nâng cao lợi ích kinh tế của doanh nghiệp. Do đó, công nghệ thu hồi và tái sử dụng xanh các kim loại có giá trị trong pin lithium-ion thải đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu trong những năm gần đây. Bài báo này chủ yếu xem xét các phương pháp công nghệ trong và ngoài nước để thu hồi và xử lý các kim loại có giá trị trong pin lithium-ion thải, đồng thời hướng tới xu hướng phát triển của công nghệ thu hồi. Tái chế kim loại có giá trị không chỉ có thể cải thiện môi trường mà còn nâng cao lợi ích kinh tế của doanh nghiệp. Do đó, công nghệ thu hồi và tái sử dụng xanh các kim loại có giá trị trong pin lithium-ion thải đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu trong những năm gần đây. Bài báo này chủ yếu xem xét các phương pháp công nghệ trong và ngoài nước để thu hồi và xử lý các kim loại có giá trị trong pin lithium-ion thải, đồng thời hướng tới xu hướng phát triển của công nghệ thu hồi. Tái chế kim loại có giá trị không chỉ có thể cải thiện môi trường mà còn nâng cao lợi ích kinh tế của doanh nghiệp. Do đó, công nghệ thu hồi và tái sử dụng xanh các kim loại có giá trị trong pin lithium-ion thải đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu trong những năm gần đây. Bài báo này chủ yếu xem xét các phương pháp công nghệ trong và ngoài nước để thu hồi và xử lý các kim loại có giá trị trong pin lithium-ion thải, đồng thời hướng tới xu hướng phát triển của công nghệ thu hồi.

1 Thực trạng nghiên cứu trong và ngoài nước

Trong ứng dụng thực tế, các công nghệ cốt lõi của tái chế chủ yếu được chia thành hai loại: phương pháp cháy và phương pháp ướt. Phương pháp cháy là một quá trình tách hoặc tách kim loại màu ra khỏi vật liệu pin bằng cách nung nóng trong điều kiện nhiệt độ cao theo các tính chất vật lý (nhiệt độ nóng chảy, áp suất hơi) của các kim loại khác nhau. Phương pháp ướt là một quy trình tái chế sử dụng axit, kiềm hoặc dung môi hữu cơ để rửa trôi các thành phần kim loại có giá trị trong pin. Quá trình tái chế có thể được chia thành ba bước: tiền xử lý pin, tách các vật liệu hoạt động và bộ thu hiện tại, thu hồi và tái sử dụng các kim loại có giá trị.

1.1 Tiền xử lý pin lithium-ion thải

1.1.1 Xả

Pin lithium-ion đã qua sử dụng còn dư năng lượng. Để tránh tai nạn trong quá trình tháo pin, hãy xả pin trước khi tháo. Các phương pháp xử lý bao gồm phương pháp phóng điện vật lý và phương pháp phóng điện hóa học. Phương pháp phóng điện vật lý chủ yếu sử dụng phóng điện cưỡng bức ở nhiệt độ thấp. Phương pháp này thích hợp cho sản xuất hàng loạt nhỏ. Các công ty Umicore và Toxco ở Hoa Kỳ sử dụng nitơ lỏng để xử lý trước pin ở nhiệt độ thấp, và phá vỡ pin một cách an toàn ở nhiệt độ -198 ℃, nhưng phương pháp này yêu cầu cao hơn đối với thiết bị. Phương pháp phóng điện hóa học chủ yếu sử dụng điện phân để phóng điện. Chất điện phân hầu hết là dung dịch natri clorua. Khi đặt pin vào dung dịch, các điện cực âm và dương của pin bị đoản mạch trong chất lỏng dẫn điện, và việc xả hết pin nhanh chóng được thực hiện. Nhược điểm của phương pháp này là nồng độ và nhiệt độ của chất điện phân sẽ ảnh hưởng đến tốc độ phóng điện của pin, và các kim loại có giá trị trong pin sẽ hòa tan vào chất lỏng dẫn điện, làm giảm tốc độ thu hồi kim loại. Đồng thời, dung dịch chứa kim loại quý có tính ô nhiễm mạnh gây khó khăn cho việc thu hồi và tăng chi phí thu hồi.

1.1.2 Tháo dỡ và phá vỡ

Trong phòng thí nghiệm, do pin có kích thước nhỏ nên hầu hết các pin đều được tháo rời và tách rời thủ công. Trong thực tế sản xuất, người ta thường sử dụng phương pháp nghiền cơ học để tháo rời pin. Một phương pháp nghiền cơ học là phương pháp ướt. Phương pháp ướt sử dụng các dung dịch axit và kiềm khác nhau làm môi trường truyền để chuyển các ion kim loại từ vật liệu điện cực sang dung dịch rửa trôi, và sau đó thông qua trao đổi ion, kết tủa, hấp phụ và các phương tiện khác, các ion kim loại được loại bỏ khỏi dung dịch ở dạng của muối, oxit, vv được chiết xuất. Công nghệ tái chế ướt tương đối phức tạp, nhưng tỷ lệ thu hồi các kim loại có giá trị tương đối cao. Nó hiện là công nghệ chính để xử lý pin niken-hydro thải và pin lithium-ion. Wang Yuansun và những người khác đã cố gắng ngâm pin trong nước kiềm loãng và sau đó đập vỡ nó. Phương pháp này có thể giảm sản xuất HF, nhưng không thể thu hồi hiệu quả chất điện phân chứa flo, dễ gây ô nhiễm thứ cấp. Một phương pháp khác là phương pháp khô. Phương pháp khô chủ yếu bao gồm phương pháp phân loại cơ học và phương pháp nhiệt phân ở nhiệt độ cao (hay phương pháp luyện kim nhiệt độ cao). Phương pháp phân loại cơ học có ưu điểm là quá trình thu hồi ngắn và tính thích hợp mạnh của quá trình thu hồi, đây là giai đoạn sơ bộ của việc thực hiện tách và thu hồi kim loại. Ông và cộng sự. đã so sánh các tác động khác nhau của phương pháp phân loại ướt và cơ học đối với việc tái chế và xử lý pin lithium-ion thải. Kết quả cho thấy phương pháp phân loại bằng phương pháp nghiền cơ học sẽ không phá vỡ các thành phần pin thành các hạt mịn dễ trộn lẫn với nhau, và tỷ lệ thu hồi cao hơn. Tuy nhiên, phương pháp phân loại cơ học không thể tách biệt hoàn toàn các thành phần trong pin lithium-ion thải. Người ta thử dùng phương pháp nhiệt phân ở nhiệt độ cao, tức là nung pin trong lò múp để loại bỏ dung môi hữu cơ trong pin. Joo và cộng sự. đã sử dụng phân loại cơ học và nhiệt phân ở nhiệt độ cao để thu hồi hiệu quả coban và lithium từ pin lithium coban oxit thải. Tuy nhiên, quá trình nhiệt phân ở nhiệt độ cao cũng có thể gây ra những tác động tiêu cực như sinh ra khí độc hại trong quá trình xử lý ở nhiệt độ cao, dễ gây cháy nổ nên cần phải lắp đặt thêm thiết bị lọc. phương pháp phân loại cơ học không thể tách biệt hoàn toàn các thành phần trong pin lithium-ion thải. Người ta thử dùng phương pháp nhiệt phân ở nhiệt độ cao, tức là nung pin trong lò múp để loại bỏ dung môi hữu cơ trong pin. Joo và cộng sự. đã sử dụng phân loại cơ học và nhiệt phân ở nhiệt độ cao để thu hồi hiệu quả coban và lithium từ pin lithium coban oxit thải. Tuy nhiên, quá trình nhiệt phân ở nhiệt độ cao cũng có thể gây ra những tác động tiêu cực như sinh ra khí độc hại trong quá trình xử lý ở nhiệt độ cao, dễ gây cháy nổ nên cần phải lắp đặt thêm thiết bị lọc. phương pháp phân loại cơ học không thể tách biệt hoàn toàn các thành phần trong pin lithium-ion thải. Người ta thử dùng phương pháp nhiệt phân ở nhiệt độ cao, tức là nung pin trong lò múp để loại bỏ dung môi hữu cơ trong pin. Joo và cộng sự. đã sử dụng phân loại cơ học và nhiệt phân ở nhiệt độ cao để thu hồi hiệu quả coban và lithium từ pin lithium coban oxit thải. Tuy nhiên, quá trình nhiệt phân ở nhiệt độ cao cũng có thể gây ra những tác động tiêu cực như sinh ra khí độc hại trong quá trình xử lý ở nhiệt độ cao, dễ gây cháy nổ nên cần phải lắp đặt thêm thiết bị lọc. đã sử dụng phân loại cơ học và nhiệt phân ở nhiệt độ cao để thu hồi hiệu quả coban và lithium từ pin lithium coban oxit thải. Tuy nhiên, quá trình nhiệt phân ở nhiệt độ cao cũng có thể gây ra những tác động tiêu cực như sinh ra khí độc hại trong quá trình xử lý ở nhiệt độ cao, dễ gây cháy nổ nên cần phải lắp đặt thêm thiết bị lọc. đã sử dụng phân loại cơ học và nhiệt phân ở nhiệt độ cao để thu hồi hiệu quả coban và lithium từ pin lithium coban oxit thải. Tuy nhiên, quá trình nhiệt phân ở nhiệt độ cao cũng có thể gây ra những tác động tiêu cực như sinh ra khí độc hại trong quá trình xử lý ở nhiệt độ cao, dễ gây cháy nổ nên cần phải lắp đặt thêm thiết bị lọc.

1.2 Tách vật liệu hoạt động và chất thu gom hiện tại

Việc tách vật liệu hoạt động của điện cực dương và bộ thu dòng bằng lá nhôm chủ yếu áp dụng hai phương pháp bao gồm hòa tan dung môi hữu cơ và phân hủy ở nhiệt độ cao. Xả dung môi hữu cơ chủ yếu sử dụng dung môi hữu cơ để hòa tan PVDF, do đó, vật liệu hoạt động của điện cực dương và chất thu dòng được tách biệt. Zeng sử dụng NMP để ngâm tấm điện cực, giúp phân tách hiệu quả vật liệu hoạt động và bộ thu dòng điện trong pin. Yang được hòa tan bằng dung môi hữu cơ DMAC (N, N-dimethylacetamide), và chất kết dính trên bộ thu hiện tại được loại bỏ trong điều kiện xử lý 100 ° C và 60 phút. Tuy nhiên, các hạt vật chất hoạt động thu được bằng phương pháp thu hồi này nhỏ, việc tách rắn - lỏng khó khăn, đầu tư thu hồi lớn. Nhiệt phân là sự phân tách vật liệu làm catốt và vật chất hoạt động ở nhiệt độ cao. Daniel và cộng sự. đã áp dụng phương pháp xử lý nhiệt độ cao trong môi trường chân không để phân hủy chất hữu cơ trong bộ thu dòng ở nhiệt độ cao (600 ° C), và một phần của vật liệu điện cực dương trên vật liệu điện cực dương được tách ra khỏi lá nhôm. Khi nhiệt độ lớn hơn 650 ° C, lá nhôm và điện cực dương Các vật liệu đều ở dạng hạt và trộn lẫn với nhau. Phương pháp này tạo ra khí độc hại và gây ô nhiễm không khí. và một phần của vật liệu làm điện cực dương trên vật liệu làm điện cực dương được tách ra khỏi lá nhôm. Khi nhiệt độ lớn hơn 650 ° C, lá nhôm và điện cực dương Các vật liệu đều ở dạng hạt và trộn lẫn với nhau. Phương pháp này tạo ra khí độc hại và gây ô nhiễm không khí. và một phần của vật liệu làm điện cực dương trên vật liệu làm điện cực dương được tách ra khỏi lá nhôm. Khi nhiệt độ lớn hơn 650 ° C, lá nhôm và điện cực dương Các vật liệu đều ở dạng hạt và trộn lẫn với nhau. Phương pháp này tạo ra khí độc hại và gây ô nhiễm không khí.