分解和贮藏含有碱金属制品例如含碱金属蓄电池的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种在保护气氛存在下分解和贮藏含碱金属物质的目的物，特别是含锂蓄电池的方法和装置，其中该保护气氛是二氧化碳。该装置包括一个将目的物置于保护性环境下的气密室，和一个用于在二氧化碳气保护气氛内分解的气密室。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及碱金属或碱金属化合物的处理，更具体地说，涉及所有的现有工业上的含锂电池或蓄电池的处理。
技术介绍
碱金属类包括元素周期表第一族中可以找到的和因其强放热化学反应性而众所周知的化学元素。恰恰正是此反应性使处理这些碱金属，例如破碎、撕碎和其它机械处理步骤成为一种复杂的和危险的过程。实践中，在选择用任何其它物质例如水、酸和非金属抑制或控制碱金属反应的环保条件下处理碱金属，包括锂、钠、钾、铷、铯和钫。从锂到钫的碱金属的反应性增加，因此作为纯元素，为了安全，通常保存在油中。在锂电池回收工业上可以找到如上所述处理过程的实例。由于锂原子序数为3，因此是元素周期表第1簇的第一个元素。金属锂与许多化合物反应非常迅速，产生大量能量，而且常常出现燃烧和爆炸。锂尤其与任何的水或水蒸汽剧烈反应，产生氢气，而氢气本身就非常具有爆炸性。蓄电池是各种电气和电子设备的主要电源。因为蓄电池含有大量不同的化学和冶金物质，所以越来越需要回收废蓄电池。对于许多类型蓄电池来说，一直使用着已经确定的回收技术。便携式锂蓄电池越来越多地用在消费者、军队和专业领域中。收集和回收这些蓄电池提出了特殊的问题，而且在从使用者直到回收工厂的后续环节中和在回收处理本身的过程中需要专门和专业上的注意以预防事故。也需要特别注意在回收处理过程中释放出危险的和污染的化学物质的种类。已知锂的化学性能，在液氮的极低温度环境下，因为需要使用低温技术，所以回收便携式锂蓄电池的主要技术是非常复杂和昂贵的。而且，低温处理本身会使用十分危险的材料。在美国专利申请US5,888,463和美国专利申请US5,345,033中已经描述过低温回收方法，其中将蓄电池冷却至低温，之后将它们粉碎，然后中和它们。另一个已知的技术是使用惰性气体像氦、氩、氪、氙或氖的保护性气氛(甚至也可以使用氮气)，如欧洲专利申请EP613,198中描述的那样。此外，欧洲专利申请EP 1,041,659提到了使用非氧化性气氛。这些复杂和昂贵的技术考虑到了这些蓄电池中金属锂的高反应性，和许多用作电解质材料和阴极材料的物质的危害性质，直接通过降低内部能量(低温方法)或阻止锂与其反应组分之间的接触来抑制放热反应。上述分解方法的另一个缺点是以其各种方式造成污染严重。注意低温方法消耗许多能量，而用惰性气体首先需要纯化这些惰性气体，这也需要消耗很多能量(这常常又需要低温方法)。此外，虽然这些方法提供一种分解物质的装置，但是首先要收集这些物质以便使该方法更经济。反过来，这些物质的运输和贮藏对环境造成危害，而且需要大量的化学制剂(preparations)。专利技术概述本专利技术的一个目的是提供一种新的和成本低廉的方法，是对现有分解含碱金属，特别是锂蓄电池或电池的方法的改进。本专利技术的另一个目的是提供一种新的和成本低廉的方法，其使用沿用已久的分解技术例如破碎、撕碎或其它的机械处理技术来分解所有现有工业中使用的便携式锂电池或蓄电池。本专利技术的再一个目的是提供这样一种方法，电池或蓄电池分解之后，可容易地从金属废料中分离出蓄电池中存在的化学物质，而且可以回收和/或制备成无危害和无污染的废弃物。本专利技术的又一个目的是保护环境，防止被在分解作业过程中释放出锂蓄电池中的化学物质所污染，这些化学物质包含很多高毒性材料和化合物例如二氧化硫和亚硫酰二氯，和强络合剂如四氟化硼和六氟化砷。本专利技术的再一个目的是提供一种贮藏和运输所说蓄电池和电池的安全和环保方法和装置。本专利技术第一方面提供一种在保护气氛下分解含碱金属物质的蓄电池或电池的方法，特别是分解含锂蓄电池或电池的方法，其特征在于所说的保护气氛是二氧化碳气氛。已经注意到二氧化碳气氛能够分解含碱金属物质例如含锂的蓄电池，而不存在无法控制的放热反应，因此在由二氧化碳形成的保护气氛或保护环境下可以安全和干净的分解电池或蓄电池。从(电)化学观点来看，令人十分惊讶的是存在于蓄电池中的锂由于形成一个钝化表面层而与二氧化碳的反应速度明显比与存在于蓄电池中的阴极材料反应速度快。在分解作业例如撕碎作业的过程中，阴极材料表面和金属锂表面彼此之间非常强烈地摩擦，而经受不住这强烈的翻来覆去摩擦，在金属锂上形成钝化层似乎是主要的反应。在这里应当指出在分解电池或蓄电池的其它方法当中，工业上不鼓励在锂存在下使用二氧化碳。指的是前面提到的文献US 5,345,033和许多的安全规程。然而，已知在生产锂电池或蓄电池过程中使用含二氧化碳的保护气氛，例如在EP 0 895 295中描述的，其公开了一种生产含锂电极的无水二次电池的方法，其中在含空气或氩气的保护气氛，优选与二氧化碳结合的保护气氛中进行电极的切割和金属箔的粘合。注意在受控环境中生产这些蓄电池，其中该工艺使用的物质和气氛对这些物质的作用是可预知的。然而在分解方法中不是这样，其中分解含各种碱金属蓄电池会产生不可预知的物质混合物(例如在撕碎机中)，与保护气氛产生不可预知的化学和物理相互作用。还观察到由于避开了复杂的和昂贵的技术，所以从商业的观点来看本专利技术的方法是非常有前途的，理由是在室温即293K下基本上可以应用该方法。除了二氧化碳之外，保护气氛还会包含至少一种其它气态物质，例如湿空气或一氧化碳。虽然在锂与水蒸汽之间的反应比与二氧化碳的反应放出更多的热量，但是在二氧化碳存在下可以容易地控制此反应。水蒸汽最后中和锂，还能够处理分解电池或蓄电池的废料。如果需要，至少一种其它气态物质可以包括惰性气体，包括氮气。在实践中，在处理目的物的过程中将至少一种其它气态物质加入到保护气氛中，而且在处理或贮藏目的物的过程中可以连续地或在一定间隔内补充气态物质。在更进一步的工艺步骤中，在分解电池或蓄电池例如锂电池或锂蓄电池之后，例如可以使用酸性水溶液冲洗或浸提电池或蓄电池的残余废料。为了更好地除去例如象塑料一样的物质，可以通过热处理废料例如高温分解来增强此步骤。而且，也可以使用机械法，例如筛分、滚光、粒径级配或任何其它的已知分类法从废料中分离出金属。为了回收存在于残渣中有价值的化学物质，可以处理任何冲洗或浸提的残余产物，例如残留的浸提液或冲洗液。在本专利技术又一个实施方案中，该方法包括在所说的分解之前，使用贮藏装置在保护气氛下贮藏蓄电池或电池。本专利技术另一个优选实施方案包括在所说的保护气氛下运输贮藏装置中的所说蓄电池或电池。注意收集蓄电池并将电池或蓄电池贮藏在保护气氛中大大增加了费用的效率和灵活性，而且由于规模经济使该方法更具有环保性。本专利技术也提供一种进行运输和贮藏的装置，其能够收集电池和蓄电池，采用与如上所述一样使用保护气氛的新专利技术构思。在第二方面，本专利技术提供分解含碱金属物质的蓄电池或电池，特别是含锂蓄电池或电池的装置，包括第一气密室，具有将气体加入到第一气密室的入口和从该第一气密室中排出气体的出口；第二气密室，具有将气体加入到第二气密室的入口和从该第二气密室中排出气体的出口，该第二气密室有用机械分解该蓄电池或电池的装置，该第一气密室具有接收该目的物的气密门，该第二气密室具有排出已分解的蓄电池或电池的气密门，且该第一气密室和该第二气密室由交换欲分解的蓄电池或电池的气密门连接，其中该第一气密室和该第二气密室以及入口和出口是用于为该室提供二氧化碳气氛。为了应用本专利技术方法的若干实施方案，气密室的出口用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在保护气氛存在下分解含有含碱金属物质的蓄电池或电池，特别是含锂蓄电池或电池的方法，其特征在于保护气氛是二氧化碳气氛。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T岑格尔，A克雷布斯，HJH范多伊特科姆，
申请(专利权)人：巴特雷克工业公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]