【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于打开电化学发电机(例如蓄电池、单电池(cell)或电池(battery))的方法，该方法使得可以完全安全地打开电化学发电机并因此随后回收可收回部分。本专利技术特别有利于回收单独或混合处理的蓄电池或单电池类型的电化学系统，特别是回收锂离子、钠离子或锂金属类型的电池和蓄电池。
技术介绍
1、电化学发电机是将化学能转化为电能的发电设备。示例包括单电池或蓄电池。
2、蓄电池市场，特别是锂离子类型的锂蓄电池，目前正在强劲扩张，首先是因为所谓的漫游应用(智能手机、计算机、摄影设备等)，其次是因为与移动性(电动车辆和混合动力车辆)和所谓的固定应用(连接到电网)相关的新应用。
3、由于过去几年中蓄电池数量的增长，因此回收它们的问题已成为一项重大挑战。
4、常规而言，锂离子蓄电池包括阳极、阴极、隔膜、电解质和外壳。
5、通常，阳极由与pvdf型粘合剂混合的石墨沉积在铜片上形成，阴极为与粘合剂混合并沉积在铝片上的金属锂嵌入材料(例如licoo2、limno2、linio2、0<x<1的linixco1-xo2、li3nimncoo6或lifepo4)。
6、电解质为非水溶剂和锂盐，以及可选的用于减缓次级反应的添加剂的混合物。
7、操作如下：在充电期间，锂从金属氧化物脱嵌并嵌入石墨中，在石墨中它是热力学不稳定的。在放电期间，该过程逆转，并且锂离子嵌入金属锂氧化物中。
8、在使用时，老化会导致容量损失，因此必须回收蓄电池。
10、预处理步骤，包括拆卸阶段和制造安全阶段；
11、用于回收包含在这些单电池和蓄电池中的各种可收回材料和金属的热处理和/或湿法冶金处理。
12、但是，有几种情况可能会使回收变得复杂：
13、待回收的大量蓄电池或蓄电池的电池可能仍然至少部分带电，并且研磨它们会产生火花和显著的点燃或甚至爆炸，特别是对于一次锂(li-socl2)电池而言，
14、损坏的电池可能损坏，并且例如在阳极上具有在暴露于空气或水时非常容易发生反应的金属锂沉积物。
15、因此，在使用寿命结束和/或损坏时，要回收的电化学系统必须以最大的预防措施进行处理。
16、因此，目前的主要问题在于使这些锂基电化学系统(一次和二次锂基电化学系统)安全和打开它们的阶段。
17、这是因为，当存在限制失效时，电解质的泄漏发生，电解质是有毒的、易燃的和腐蚀性的产物，其是液体形式的但也可以是气体形式的。由此产生并与空气混合的蒸气然后可以形成爆炸性气氛(explosive atmosphere，exat)。这易于在与火花型点火源或热表面接触时着火。结果则是爆炸引起热效应和压力效应。此外，电解质盐诸如六氟磷酸锂lipf6、四氟硼酸锂libf4、高氯酸锂liclo4和六氟砷酸锂liasf6可以释放出含有磷、氟和/或锂的特别有毒且具腐蚀性的烟气。例如，在锂离子电池的热降解期间可能形成氢氟酸(hf)。
18、为了弥补这些缺点，可以在受控的气氛和压力下在罩壳中研磨电池。例如，文献wo2005/101564 a1描述了一种用于在环境温度和惰性气氛下以水冶金方式回收锂阳极电池的方法。在研磨期间，气氛包括氩气和/或二氧化碳。这两种气体将驱走氧气，并在研磨负载(ground load)上方形成气体保护顶板。二氧化碳的存在将导致通过在表面上形成碳酸锂而引发金属锂的钝化，这减慢了该金属的反应性。含有锂的研磨负载的水解导致氢的形成。为了避免点燃氢和爆炸的危险，以高度受控的方式将含有锂的研磨负载加入到水溶液中，并在该浴的上方产生非常强的湍流。该操作与大气的氧消耗相关联。水变得富含氢氧化锂，并且通过加入碳酸钠或磷酸回收锂。
19、在专利us 5,888,463 a的方法中，通过深冷方法使单电池和蓄电池安全。在研磨之前，将单电池和蓄电池在-196℃的液氮中冷冻。接着将研磨材料浸入水中。为了避免h2s的形成，通过添加lioh将ph维持在至少10的ph。形成的锂盐(li2so4、licl)以通过加入碳酸钠形成的碳酸盐的形式沉淀。这样的方法是特别昂贵的。
20、文献ca2 313 173a1描述了一种用于回收锂离子电池的方法。预先在无水的惰性气氛中切割单电池。第一有机溶剂(乙腈)溶解电解质，并且第二有机溶剂(nmp)溶解粘合剂。接着将颗粒嵌入材料从溶液分离并且通过电解进行还原。
21、在文献jp2010198865 a中，使用旋转的绝缘切割工具从电池的外壳移除活性芯。该方法需要对单电池的透彻了解以及每个单一电池相对于切割刀片的精确定位，这在具有高工作速率的工业处理的背景下是无法设想的。
22、在文献wo 2011/113860 a1中，描述了所谓的干法(“干法技术”)。这种机械方法基于两阶段破碎生产线，然后是磁性和机械分离单元，并且基于良好的通风管理。该方法不需要用于使锂离子电池放电的任何预处理步骤。电池通过例如由钢制成的带齿或带刀片的装置破碎(或切碎)。研磨机的温度维持在40℃至50℃之间，并且通过气旋空气移动消除从电池释放的氢气和氧气的混合物，以使引发火灾的风险最小化。将筛分后回收的电池碎片和粉尘冷却至环境温度。锂的提取似乎是通过与空气中的氧气和湿气反应而完成的，这会引起与同时存在有利于燃烧和爆炸的氢气、氧气和热量有关的风险。然而，这种方法有多个缺点：
23、研磨这些蓄电池导致可能引起爆炸的破碎和短路，
24、电解质被降解，导致粉尘和气体管理方面的风险、损失和困难，
25、这种途径不能使电池安全无风险，
26、将研磨机的温度维持在40℃至50℃之间仅在有限的工作速率下是可能的，而有限的工作速率与未来几年预期的材料流量不兼容，特别是来自电动汽车市场的材料流量。
27、文献ep 0 613 198 a1描述了一种用于回收来自锂电池的材料的方法。在高压水射流下或者在惰性气氛中切割单电池以避免引发火灾。然后，锂分别与水、醇或酸反应以形成氢氧化锂、锂醇盐或锂盐(例如licl)。然而，在高压水射流下进行切割的安全性需要消耗大量的水并且在空气中产生h2气体。
28、目前，上述用于打开单电池/电池的各种方法需要在高温下进行处理、深冷处理和/或在受控气氛下进行处理，这些条件在工业规模上难以实现和/或是昂贵的。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的是提出一种用于弥补现有技术的缺点的方法，特别是一种用于完全安全地打开电化学发电机的方法，其必须在工业规模上易于实施，并且因此与高工作速率兼容。
2、该目的通过一种用于打开电化学发电机的方法来实现，该电化学发电机包括含有锂或钠的负极和可选地含有锂或钠的正极，该方法包括以下连续步骤：
3、a)将所述电化学发电机浸入包括惰性液体并且可选地包括能够在负极上被还原的所谓的氧化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于打开电化学发电机(10)的方法，所述电化学发电机包括含有锂或钠的负极(20)和可选地含有锂或钠的正极(30)，所述方法包括以下连续步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性液体为去离子水。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性液体为离子液体，所述离子液体优选选自[BMIM][TFSI]、[P66614][TFSI]、[ETMIm][TFSI]、[DEME][TFSA]、[PYR14][TFSI]、[PP13][TFSI]、[P13][FSI]和[EMI][FSI]。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性液体为深共熔溶剂，所述深共熔溶剂优选由氯化胆碱和氢键供体形成，所述氢键供体特别是二醇或脲。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述溶液包括所谓的氧化性氧化还原物质和能够在所述正极上被氧化的第二所谓的还原性氧化还原物质，所述所谓的氧化性氧化还原物质和所述所谓的还原性氧化还原物质形成氧化还原物质对，所述氧化还原物质对优选为金属对、成对的有机分子、成对的金属茂，或成对
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述切割元件(100)包括由研磨区(102)和导电区(103)覆盖的支撑件(101)，所述研磨区(102)和所述导电区(103)随机地或规律地设置，并通过粘合剂(104)与所述支撑件(101)联结。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述切割元件(100)为研磨盘。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述切割元件(100)为切割丝。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，步骤b)在空气中或在惰性气氛中实施。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤b)之后包括储存步骤和/或火法冶金步骤和/或湿法冶金步骤。
11.一种用于打开电化学发电机的切割元件(100)，具有在1mΩ至1kΩ之间并且优选在5mΩ至100Ω之间的电阻。
12.根据前一权利要求所述的元件(100)，其特征在于，所述元件包括由研磨区(102)和导电区(103)覆盖的支撑件(101)，所述研磨区(102)和所述导电区(103)随机地或规律地设置，并通过粘合剂(104)固定到所述支撑件(101)。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的切割元件，其特征在于，所述切割元件为圆锯片、带锯条、砂轮或切割丝。
14.一种切割工具，包括根据权利要求11至13中任一项所述的切割元件，所述切割工具优选为研磨机器或锯，例如圆锯或带锯。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于打开电化学发电机(10)的方法，所述电化学发电机包括含有锂或钠的负极(20)和可选地含有锂或钠的正极(30)，所述方法包括以下连续步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性液体为去离子水。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性液体为离子液体，所述离子液体优选选自[bmim][tfsi]、[p66614][tfsi]、[etmim][tfsi]、[deme][tfsa]、[pyr14][tfsi]、[pp13][tfsi]、[p13][fsi]和[emi][fsi]。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性液体为深共熔溶剂，所述深共熔溶剂优选由氯化胆碱和氢键供体形成，所述氢键供体特别是二醇或脲。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述溶液包括所谓的氧化性氧化还原物质和能够在所述正极上被氧化的第二所谓的还原性氧化还原物质，所述所谓的氧化性氧化还原物质和所述所谓的还原性氧化还原物质形成氧化还原物质对，所述氧化还原物质对优选为金属对、成对的有机分子、成对的金属茂，或成对的卤化分子，所述金属对例如选自mn2+/mn3+、co2+/co3+、cr2+/cr3+、cr3+/cr6+、v2+/v3+、v4+/v5+、sn2+/sn4+、ag+/ag2+、cu+/cu2+、ru4+/ru8+或fe2+/fe3+，成对的金属茂诸如fc/fc+，成对的卤化分子诸如cl2/cl-或cl-/cl3-。
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【专利技术属性】
技术研发人员：E·比利，H·波特豪特，
申请(专利权)人：法国原子能源和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：
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