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黑粉 和电池革命:Alfred H Knight实验性研究概述

在未来几十年内,全球电池消耗量将显著增长,在此背景下,全球测试和检验机构的领军者 Alfred H Knight,正通过创新的实验性研究参与这项“电池革命”。

随着我们进入“电池革命”的新时代,流通中的锂离子电池(LIB)数量将大幅增加。

黑粉

相关研究认为用于电池生产的矿物原料短缺将在所难免,这将使电池生产更大程度上依赖于对废旧锂电池的循环利用。

由Alfred H Knight及其合作伙伴发起和进行的实验性研究,对其中重要的中间贸易产品“黑粉”的物相特征进行了深入探讨。

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什么是黑粉?

“黑粉”是行业术语,用来描述由粉碎后的废旧电池料组成的电子废弃物。它是一种极具价值的金属混合物,包括:锂,锰,钴和镍。

最初,废电池被收集、分类、放电并拆解。随后进行机械粉碎、干燥、分拣、筛分,最后热解至700°C,以去除废电池内剩余的电解液和对健康有潜在危害的含氟成分物。由此产生的材料在电池回收行业中被称为“黑粉”。

未来电池矿物的供应和相关金属的需求都依赖于经济可开采的地质矿产资源的可获取性。
锂离子电池(LIB)的回收市场预计将大幅度扩大,黑粉可以提供具有战略意义的金属资源,以弥补传统地质资源的部分不足。向可循环经济的转变创造了收集和回收锂离子电池(LIB)进入供应链所需的框架。

黑粉 3

根据循环能量存储(Circular Energy Storage)进行的研究,到 2030 年,估计大约 120 万吨的锂离子电池(LIB)将进入报废阶段。这意味着届时可能产生12.5万吨锂、3.5万吨钴和8.6万吨镍,可回收并用于新电池的生产。

物相表征

Alfred H Knight的分析结果发现,一份来自欧洲的黑粉样本包含了如下成分:钴15.79%,镍6.94%,锰4.82%,锂3.19%,铜1.97%,铝5.13%和其他组分。

然后,AHK技术部委托并进行了一项 “相位表征” 的创新和实验性计划,来确定电池成分,自然状态样品(未制样)和制备的粉末样品的相化学和形态特征,粒度,成分,以及纹理变化。

这对以下方面是有需要的:制定取样方案和标准操作流程(SOP),以获取无偏差和具有代表性的样品,协助确定湿法冶金或火法冶金的工艺流程,检测出有价值的计价金属,协助分析程序,识别潜在污染物或杂质, 并用于危害鉴定和风险消减等。

针对黑粉的研究采用了来自英国,加拿大和芬兰的专业知识和仪器,具体包括以下:

  • 普通视觉检测和双目显微镜
  • 手动扫描电子显微镜(SEM)
  • 自动扫描电子显微镜与能量色散光谱仪联用(SEM-EDS)
  • 高级矿物鉴定和表征系统(AMICS)
  • X线计算机断层扫描(x-CT)
  • 激光烧灼电感耦合等离子体质量光谱(LA ICP Ms)

结果

自动化和交互式 SEM-EDS 的结果量化了存在的相,并以高分辨率显示了可以分配给原始电池组件的化学变异性和相:

  • 发现颗粒结构复杂,具有混合相。
  • 铝箔负载了不同的锂金属氧化物。
  • 铜箔在 2D 中呈现“线状”,然而,X-CT 成像显示了复杂的 3D 纹理和颗粒形态,包括变形的铜箔片。
  • 一些轻的元素,比如锂元素,和其他67种非金属和金属元素,检出限在20ppm到ppb, 可以使用 LA-ICP-MS 检测和量化。

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为什么这很重要?

这项由Alfred H Knight 委托和进行的技术研究,对黑粉的复杂成分、颗粒结构和纹理可变性,进行了详细解读。这有助于改进采样和分析技术,协助对金属含量的全面了解。 Alfred H Knight 提供了对回收行业中黑粉的更详细解读,以帮助了解工业加工和电池废物的回收。

联系方式

我们团队由高技能的学科专家、技术专家、现场检查员和实验室技术人员组成,团队战略分布于全球,在各个枢纽开展业务。

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这使 Alfred H Knight 能够在电池材料供应链的每个阶段提供快速、准确和可靠的结果。如果您想了解有关 Laurance Donnelly 博士和 Alfred H Knight 团队进行的研究的更多信息,请发送电子邮件laurance.donnelly@ahkgroup.com, 或访问 ahkgroup.com.

致谢

作者要感谢 Duncan Pirrie 教授(南威尔士大学)、Matthew Power 博士(加拿大 Vidence Inc.)、Ian J Corfe 博士、Jukka Kuva 博士、Sari Lukkari 博士、Yann Lahaye 博士、Dr. Xuan Liu,Alan Butcher 博士(芬兰地质调查局,循环经济解决方案部门),国际地质科学联盟 (IUGS),法医地质学倡议 (IFG),Alfred H Knight 技术部,Alfred H Knight 传播和市场营销部,Patrick Le Mare 先生(Alfred H Knight 循环经济主管)、Theodoros Theodorou 先生(前Alfred H Knight 循环经济高级市场分析师)、Seok Han 先生(Alfred H Knight 电池专家)

技术交流和合作

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