摘要: 本文聚焦于 18650 和 32650 圆柱废电池在越南利用线路板回收设备进行梯次回收的方案。首先阐述了废电池回收的背景与意义,接着详细介绍了这两种圆柱电池的特点及在越南的回收现状。然后深入剖析借助线路板回收设备实现梯次回收的技术流程、优势、面临的挑战,并提出了相应的应对策略,旨在为越南地区圆柱废电池的有效回收提供全面且可行的方案参考,推动资源循环利用与环境保护在当地的发展。
一、引言
随着全球对清洁能源的需求增长,锂离子电池在电动汽车、储能系统等领域的广泛应用,废电池数量急剧增加。18650 和 32650 圆柱电池作为常见的锂离子电池类型,其回收处理至关重要。越南作为一个新兴的工业发展国家,电池消费量不断攀升,废电池回收问题日益凸显。线路板回收设备在电子废弃物处理方面具有一定基础,将其应用于圆柱废电池的梯次回收,有望开辟一条高效、经济且环保的回收途径,实现资源的最大化利用,减少环境污染,促进越南可持续发展。
二、18650/32650 圆柱废电池概述
(一)电池特性
1. 18650 电池:直径 18mm,长度 65mm,呈圆柱状,标称电压一般为 3.6V - 3.7V,容量通常在 1800mAh - 3500mAh 之间,具有能量密度较高、放电电流大、内阻低等优点,广泛应用于笔记本电脑、电动工具、电动汽车等领域。
2. 32650 电池:直径 32mm,长度 65mm,相比 18650 电池,其体积更大,容量也更高,通常能达到 4000mAh - 6000mAh 甚至更高,主要应用于电动汽车、大型储能设备等对能量需求较大的场景,能够在相同空间内提供更持久的电力输出。
(二)越南回收现状
越南目前废电池回收体系尚不完善,对于 18650 和 32650 圆柱废电池的回收多采用传统的手工拆解或简单的物理破碎方式,回收效率低下,且容易造成二次污染。大部分废电池未能得到有效回收处理,随意丢弃现象较为严重,不仅浪费了宝贵的金属资源,如锂、钴、镍等,还对土壤、水体和空气环境造成了潜在危害。同时,由于缺乏专业的回收技术和设备,回收过程中的安全性难以保障,存在电池短路、起火爆炸等风险。
三、线路板回收设备用于圆柱废电池梯次回收的可行性
(一)技术原理适配性
线路板回收设备主要基于机械破碎、物理分选、湿法冶金等技术原理。在圆柱废电池回收中,机械破碎可将电池外壳打破,使内部电极材料、电解液等暴露出来;物理分选能够根据不同物质的密度、磁性等特性,将电池中的铜箔、铝箔、正负极活性物质等进行初步分离,这与线路板回收中对金属与非金属的分选有相似之处,为后续进一步提取有价金属奠定基础。湿法冶金则可针对分离后的电极材料进行浸出、净化、沉淀等操作,提取锂、钴、镍等金属离子,实现资源的回收利用,技术上具有一定的适配性和拓展性。
(二)成本效益优势
相较于专门针对圆柱电池设计的全新回收设备,利用线路板回收设备进行改造和升级来处理圆柱废电池,可大大降低设备投资成本。线路板回收设备在市场上相对成熟,价格较为稳定且部分设备已经具备一定的自动化程度,只需对其进行局部调整和优化,如增加电池放电模块、改进破碎方式以适应电池结构等,即可满足圆柱废电池回收的基本需求。在运营成本方面,由于设备的通用性,零部件更换和维修成本相对较低,且可通过规模化回收降低单位处理成本,提高经济效益。
(三)环境效益显著
合理的梯次回收方案能够有效减少废电池对环境的污染。线路板回收设备在处理过程中,通过封闭的破碎系统、废气处理装置以及废水净化系统等,可以控制电池破碎过程中产生的粉尘、有害气体以及废水的排放,避免对周边环境造成直接污染。同时,高效的资源回收减少了对原生矿产资源的开采,降低了采矿过程中的生态破坏和能源消耗,具有良好的环境效益和社会效益。
四、梯次回收技术流程
(一)预处理阶段
1. 放电处理:由于废电池可能仍带有残余电量,存在安全隐患,首先需要对 18650 和 32650 圆柱废电池进行安全放电。采用专门的放电设备,将电池接入放电回路,以合适的电流缓慢放电,使电池电压降至安全范围以下,防止后续处理过程中发生短路、起火或爆炸等事故。
2. 分类与拆解:根据电池的外观、型号、损坏程度等进行分类,便于后续针对性处理。对于一些外观完好、性能仍有部分可用的电池,可进一步检测其剩余容量和内阻等参数,筛选出可用于梯次利用的电池,如可降级用于小型储能设备、电动自行车等对电池性能要求较低的场景。对于无法梯次利用的电池,则进行拆解处理,去除电池外壳的塑料包裹层和金属外壳,露出内部的电极组件。
(二)破碎与筛分
1. 机械破碎:将拆解后的电池电极组件投入线路板回收设备中的破碎机进行破碎。根据电池的硬度和结构特点,调整破碎机的参数,如破碎转速、齿板间隙等,使电极材料充分破碎成较小的颗粒,同时避免过度破碎导致后续分选困难。破碎过程中需配备除尘装置,收集产生的粉尘,防止粉尘污染环境并回收其中可能含有的金属成分。
2. 筛分处理:破碎后的物料通过振动筛进行筛分,根据颗粒大小将物料分为不同粒级。较粗的颗粒可能包含未完全破碎的电极块、较大片的铜箔或铝箔等,可返回破碎机进行再次破碎;较细的颗粒则进入后续分选流程,通过筛分初步实现物料的分级,提高后续分选效率。
(三)物理分选
1. 磁选:利用电磁滚筒对筛分后的物料进行磁选,由于电池中的铁壳等磁性材料会被磁场吸引,从而与其他非磁性材料分离。通过磁选可有效回收铁资源,同时减少后续处理量,提高分选效率。
2. 风选与静电分选:对于非磁性物料,采用风选设备根据物料的密度差异进行分选。较轻的物质如塑料隔膜碎片等被风吹走,较重的金属颗粒则沉降下来。随后,利用静电分选机对金属颗粒进行进一步分选,根据铜箔、铝箔与其他金属和非金属的电性差异,实现铜、铝等金属的有效分离和富集,得到相对纯净的铜箔、铝箔以及混合有正负极活性物质的中间产品。
(四)湿法冶金
1. 酸浸处理:将经过物理分选后得到的正负极活性物质混合物放入反应釜中,加入适量的无机酸(如硫酸、盐酸等),在一定的温度和搅拌条件下进行酸浸。酸浸过程中,正负极活性物质中的锂、钴、镍等金属离子会溶解到溶液中,而一些不溶于酸的杂质则形成残渣沉淀下来。通过过滤操作,将残渣分离出去,得到含有金属离子的浸出液。
2. 净化与沉淀:对浸出液进行净化处理,采用化学沉淀、离子交换等方法去除溶液中的杂质离子,如铁离子、钙离子、镁离子等,提高浸出液的纯度。净化后的溶液通过加入适量的沉淀剂(如碳酸钠、氢氧化钠等),使锂、钴、镍等金属离子以碳酸盐、氢氧化物等形式沉淀下来,得到相应的金属化合物产品。这些金属化合物可进一步加工制成电池原材料,实现资源的循环利用。
(五)梯次利用与资源回收
1. 梯次利用电池处理:对于筛选出的可用于梯次利用的 18650 和 32650 圆柱电池,进行深度检测和修复。更换老化的电解液、修复损坏的电极连接、进行电池均衡处理等,确保电池性能稳定且安全可靠。然后根据其剩余容量和性能特点,重新组合成电池组,应用于适合的低功耗场景,如家庭储能、小型商业备用电源、电动自行车动力源等,充分发挥电池的剩余价值,延长其使用寿命。
2. 资源回收产品处理:从湿法冶金过程中得到的金属化合物产品,如碳酸锂、钴盐、镍盐等,经过进一步的提纯和加工,可作为电池生产的原材料供应给电池制造商。这不仅减少了对原生矿产资源的依赖,降低了电池生产成本,还实现了资源的闭环循环,提高了整个产业链的资源利用效率和环境友好性。
五、优势与挑战
(一)优势
1. 资源回收率高:通过梯次回收方案,一方面对性能较好的电池进行梯次利用,延长了电池的使用周期;