ekipЭкология и промышленность РоссииEcology and Industry of Russia1816-03952413-6042ООО "Калвис"10.18412/1816-0395-2023-10-4-11ekip-2485Research ArticleИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯENGINEERING SOLUTIONSРазработка безопасной технологии переработки литий-ионных аккумуляторов, включающей стадии разрядки в солевых растворах и гранулирования целевых продуктовDevelopment of a Safe Technology for the Processing of lithium-ion Batteries, Including the Stages of Discharging in Saline Ssolutions and Granulation of Target ProductsНазаровВ.И.NazarovV.I.

канд. техн. наук, доцент

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor

podpiska@kalvis.ruРетивовВ.М.RetivovV.M.

канд. хим. наук, и.о. руководителя

Cand. Sci. (Chem)

podpiska@kalvis.ruМакаренковД.А.MakarenkovD.A.

д-р техн. наук, доцент

Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor

podpiska@kalvis.ruПоповА.П.PopovA.P.

науч. сотрудник

Research Scientist

podpiska@kalvis.ruАфлятуноваГ.Р.AflyatunovaG.R.

лаборант-исследователь

Research Assistant

podpiska@kalvis.ruКузнецоваН.А.KuznetsovaN.A.

канд. техн. наук, науч. сотрудник, доцент

Cand. Sci. (Eng.), Research Scientist

podpiska@kalvis.ruНИЦ "Курчатовский институт"РоссияNRC "Kurchatov Institute"Russian FederationНИЦ "Курчатовский институт"; МИРЭА – Российский технологический университетРоссияNRC "Kurchatov Institute"; MIREA – Russian technological universityRussian Federation2023171020232710411Copyright © ООО "Калвис", 20232023ООО "Калвис"ООО "Калвис"https://www.ecology-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.ecology-kalvis.ru/jour/article/view/2485

Показано, что при утилизации комплексных химических источников тока (КХИТ) их необходимо подвергать процессу предварительной разрядки до величины безопасного остаточного напряжения не более 1 В. Проанализированы данные зарубежных исследований по разрядке литий-кобальтовых, литий-никель-кобальт-марганцевых и литий-марганцевых аккумуляторов (ЛКА, ЛНКМА, ЛМА соответственно) различными методами. Приведены результаты экспериментальных исследований процесса разрядки аккумуляторов в растворах NaCl концентрацией 5, 10, 15 % по массе и Na2CO3 – 10 % по массе. Выявлено, что процесс разрядки в солевых растворах протекает в режиме электролиза. Установлено, что при использовании Na2CO3 происходит гидролиз карбонатов. Представлены графические зависимости процесса разрядки аккумуляторов различных типов от времени разрядки и гидродинамических параметров работы мешалки по критерию Рейнольдса (ReM). Определены составы осадков, образующихся при разрядке аккумуляторов. Даны рекомендации по режимным параметрам перемешивающих устройств и безопасному проведению процесса разрядки.

It was shown that when disposing of complex chemical power sources (CCPS), they must be subjected to a preliminary discharge to a safe residual voltage of 1 V maximum. The data of foreign studies on the discharge of Lithium-Cobalt, Lithium-Nickel-Cobalt-Manganese and Lithium-Manganese batteries (LCO, NCM, LMO batteries, respectively) by various methods were analyzed. The results of experimental studies of battery discharges in NaCl 5, 10, 15 wt.% and Na2CO3 10 wt.% solutions were presented. It was found that the discharge in saline solutions proceeds by electrolysis. It was confirmed that the use of Na2CO3 leads to the hydrolysis of carbonates. The graphs show the dependences of the discharge of various batteries on the discharge time and the hydrodynamic parameters of the agitator according to the Reynolds criterion (ReM). The composition of precipitation formed during the discharge of the battery was determined. Recommendations were developed on the regime parameters of mixing devices and the safe discharge procedure.

литий-кобальтовыелитий марганцевыелитий-никель-кобальт-марганцевые аккумуляторыразрядкаостаточное напряжениеэкологическая безопасностьвозгораниеэлектролизгидролизтеоретический электропотенциалутилизацияперемешивающее устройствогранулированиепрессовкиlithium-cobaltlithium manganeselithium-nickel-cobalt-manganese batteriesdischargingresidual voltageenvironmental safetyignitionelectrolysishydrolysistheoretical electric potentialrecyclingagitatorgranulationpressingReferencesZubi G., Dufo-Lopez R., Carvalho M., Pasaoglu G. The lithium-ion battery: State of the art and future perspectives, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. 89. Р. 292—308. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.002.Zubi G., Dufo-Lopez R., Carvalho M., Pasaoglu G. The lithium-ion battery: State of the art and future perspectives, Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. 89. Р. 292—308. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.002.Назаров В.И., Ретивов В.М., Гонопольский А.М., Макаренков Д.А., Попов А.П., Афлятунова Г.Р. Исследование технологии утилизации комплексных литий-кобальтовых источников тока с использованием совмещённых процессов механической обработки, выщелачивания и экстракции. Экология и промышленность России. 2022. Т. 26. № 5. С. 10—16.Назаров В.И., Ретивов В.М., Гонопольский А.М., Макаренков Д.А., Попов А.П., Афлятунова Г.Р. Исследование технологии утилизации комплексных литий-кобальтовых источников тока с использованием совмещённых процессов механической обработки, выщелачивания и экстракции. Экология и промышленность России. 2022. Т. 26. № 5. С. 10—16.Приказ Минприроды России от 11.06.2021 № 399 "Об утверждении требований при обращении с группами однородных отходов I—V классов опасности". 2021. 16 с.Приказ Минприроды России от 11.06.2021 № 399 "Об утверждении требований при обращении с группами однородных отходов I—V классов опасности". 2021. 16 с.Velázquez-Martínez O. et.al. A Critical Review of Lithium-Ion Battery Recycling Processes from a Circular Economy Perspective. Batteries. 2019. 5(4):68. doi:10.3390/batteries5040068.Velázquez-Martínez O. et.al. A Critical Review of Lithium-Ion Battery Recycling Processes from a Circular Economy Perspective. Batteries. 2019. 5(4):68. doi:10.3390/batteries5040068.Li Li, Xiaoxiao Zhang, Matthew Li, Renjie Chen, Feng Wu, Khalil Amine, Jun Lu. The Recycling of Spent Lithium-Ion Batteries: a Review of Current Processes and Technologies. Electrochemical Energy Reviews. 2018. V. 1. P. 461—482. https://doi.org/10.1007/s41918-018-0012-1.Li Li, Xiaoxiao Zhang, Matthew Li, Renjie Chen, Feng Wu, Khalil Amine, Jun Lu. The Recycling of Spent Lithium-Ion Batteries: a Review of Current Processes and Technologies. Electrochemical Energy Reviews. 2018. V. 1. P. 461—482. https://doi.org/10.1007/s41918-018-0012-1.Li L., Dunn J.B. et. al. Recovery of metals from spent lithium-ion batteries with organic acids as leaching reagents and environmental assessment. Journal of Power Sources. 2013. V. 233. P. 180—189. doi:10.1016/j.jpowsour.2012.12.089.Li L., Dunn J.B. et. al. Recovery of metals from spent lithium-ion batteries with organic acids as leaching reagents and environmental assessment. Journal of Power Sources. 2013. V. 233. P. 180—189. doi:10.1016/j.jpowsour.2012.12.089.Саморазряд li-ion аккумуляторов или какая емкость останется в аккумуляторах через 6 месяцев. [Электронный ресурс]. URL: https://18650pro.ru/raznoe/samorazrjad-li-ion-akkumuljatorov (дата обращения 05.05.2025 г.).Саморазряд li-ion аккумуляторов или какая емкость останется в аккумуляторах через 6 месяцев. [Электронный ресурс]. URL: https://18650pro.ru/raznoe/samorazrjad-li-ion-akkumuljatorov (дата обращения 05.05.2025 г.).Kim S., Bang J., Yoo J., Shin Y. et. al. A comprehensive review on the pretreatment process in lithium-ion battery recycling. Journal of Cleaner Production. 2021. V. 294. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126329.Kim S., Bang J., Yoo J., Shin Y. et. al. A comprehensive review on the pretreatment process in lithium-ion battery recycling. Journal of Cleaner Production. 2021. V. 294. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126329.Ojanen S. et al. Challenging the concept of electrochemical discharge using salt solutions for lithiumion batteries recycling. Waste Management. 2018. V. 76. P. 242—249. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.03.045.Ojanen S. et al. Challenging the concept of electrochemical discharge using salt solutions for lithiumion batteries recycling. Waste Management. 2018. V. 76. P. 242—249. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.03.045.Rouhi H., Karola E., Serna-Guerrero R., Santasalo-Aarnio A. Voltage behavior in lithium-ion batteries after electrochemical discharge and its implications on the safety of recycling processes. Journal of Energy Storage. 2021. 35. [102323]. https://doi.org/10.1016/ j.est.2021.102323.Rouhi H., Karola E., Serna-Guerrero R., Santasalo-Aarnio A. Voltage behavior in lithium-ion batteries after electrochemical discharge and its implications on the safety of recycling processes. Journal of Energy Storage. 2021. 35. [102323]. https://doi.org/10.1016/ j.est.2021.102323.Xiao J., Guo J. et.al. A cleaner approach to the discharge process of spent lithium ion batteries in different solutions. Journal of Cleaner Production. 2020. V. 255. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120064.Xiao J., Guo J. et.al. A cleaner approach to the discharge process of spent lithium ion batteries in different solutions. Journal of Cleaner Production. 2020. V. 255. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120064.Волков А.И., Жарский И.М. Большой химический справочник. Минск, Современная школа, 2005. 607 с.Волков А.И., Жарский И.М. Большой химический справочник. Минск, Современная школа, 2005. 607 с.Назаров В.И., Ретивов В.М., Макаренков Д.А., Попов А.П., Афлятунова Г.Р., Кузнецова Н.А. Исследование процессов разрядки отработанных химических источников тока в солевых растворах, обеспечивающих их экологически безопасную утилизацию. Кокс и химия. 2022. № 11. С. 57—65.Назаров В.И., Ретивов В.М., Макаренков Д.А., Попов А.П., Афлятунова Г.Р., Кузнецова Н.А. Исследование процессов разрядки отработанных химических источников тока в солевых растворах, обеспечивающих их экологически безопасную утилизацию. Кокс и химия. 2022. № 11. С. 57—65.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.