Разработка безопасной технологии переработки литий-ионных аккумуляторов, включающей стадии разрядки в солевых растворах и гранулирования целевых продуктов

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.

1. 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.

2. 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.

3. Приказ Минприроды России от 11.06.2021 № 399 "Об утверждении требований при обращении с группами однородных отходов I—V классов опасности". 2021. 16 с.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.).

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Волков А.И., Жарский И.М. Большой химический справочник. Минск, Современная школа, 2005. 607 с.

13. 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.