INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Description détaillée Afin de faciliter la compréhension de la présente demande, celle-ci sera décrite plus en détail en référence aux dessins pertinents ci-dessous. Des modes de réalisation préférés de la présente demande sont représentés dans les dessins. Toutefois, la présente demande peut être mise en œuvre sous diverses formes et n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits ici. Au contraire, l’objectif de ces modes de réalisation est de rendre la présente demande plus complète et plus approfondie.
Il convient de noter que lorsqu’un élément est dit « fixé » à un autre élément, il peut se trouver directement sur l’autre élément ou il peut également y avoir un élément intermédiaire. Lorsqu’un élément est dit « relié » à un autre élément, il peut être directement relié à un autre élément ou des éléments intermédiaires peuvent également être présents. Les termes « vertical », « horizontal », « gauche », « droit » et des expressions similaires sont utilisés ici à titre d’illustration uniquement et ne sont pas destinés à indiquer les seuls modes de réalisation.
Sauf définition contraire, tous les termes techniques et scientifiques utilisés ici ont la même signification que celle communément admise par l’homme du métier. La terminologie utilisée ici dans la description de la présente demande ne sert qu’à décrire des modes de réalisation spécifiques, et n’a pas pour but de limiter la présente demande. Tel qu’utilisé ici, le terme « et/ou » inclut toutes les combinaisons d’un ou de plusieurs des éléments énumérés associés.
En se référant aux , et , afin de mieux comprendre le dispositif 10 de recyclage d’une feuille d’électrode positive d’une batterie au lithium usagée dans la présente demande, une illustration du dispositif 10 de recyclage d’une feuille d’électrode positive d’une batterie au lithium usagée est en outre fournie comme suit.
Dans un mode de réalisation, le dispositif 10 de recyclage d’une feuille d’électrode positive d’une batterie au lithium usagée comprend un mécanisme de broyage 100, un mécanisme de lavage à ultrasons 200, un mécanisme de déshydratation et de séchage 300, un mécanisme de précipitation d’aluminium 400, une première pompe de commande 500, une seconde pompe de commande 600 et un mécanisme de circulation de solution de lavage au sel de sulfate ferrique 700. Le mécanisme de broyage 100 est configuré pour broyer la feuille d’électrode positive de la batterie au lithium usagée. Le mécanisme de lavage à ultrasons 200 comprend une machine de lavage à ultrasons 210 et un premier tamis vibrant 220. La machine de lavage à ultrasons 210 est en communication avec le mécanisme de broyage 100, et une extrémité d’alimentation du premier tamis vibrant 220 est en communication avec une extrémité de décharge de la machine de lavage à ultrasons 210. Le mécanisme de déshydratation et de séchage 300 comprend un ensemble de déshydratation 310 et un ensemble de séchage 320, et l’ensemble de déshydratation 310 est en communication avec une extrémité de décharge de matériau du premier tamis vibrant 220 et de l’ensemble de séchage 320 respectivement. Le mécanisme de précipitation d’aluminium 400 comprend un réservoir à suspension de transfert 410, un premier filtre-presse 420, un réservoir de réaction de précipitation d’aluminium 430 et un second filtre-presse 440 en communication séquentielle, et le réservoir à suspension de transfert 410 est respectivement en communication avec l’extrémité de décharge de liquide du premier tamis vibrant 220 et une extrémité de décharge de liquide de l’ensemble de déshydratation 310. La première pompe de commande 500 est agencée sur une canalisation communiquant entre le réservoir à suspension de transfert 410 et le premier filtre-presse 420. La seconde pompe de commande 600 est agencée sur une canalisation communiquant avec le réservoir de réaction de précipitation d’aluminium 430 et le second filtre-presse 440. Le mécanisme de circulation de solution de lavage au sel de sulfate ferrique 700 comprend un ensemble de stockage du filtrat lavé au sel de sulfate ferrique 710 et un ensemble de configuration de solution de lavage au sel de sulfate ferrique 720, l’ensemble de stockage du filtrat lavé au sel de sulfate ferrique 710 est en communication avec l’ensemble de configuration de solution de lavage au sel de sulfate ferrique 720 et le second filtre-presse 440 respectivement, et l’ensemble de configuration de solution de lavage au sel de sulfate ferrique 720 est en communication avec la machine de lavage à ultrasons 210.
Il convient également de noter que l’ensemble de déshydratation 300 est configuré pour déshydrater le film d’aluminium séparé et tamisé par le premier tamis vibrant 220. L’ensemble de séchage 320 est configuré pour sécher et recycler le film d’aluminium déshydraté, et le filtrat lavé au sel de sulfate ferrique fait référence au filtrat de réaction après la réaction de précipitation d’aluminium. Étant donné que la poudre de matériau d’électrode positive contient de l’oxyde de lithium-nickel-manganèse-cobalt, l’oxyde de lithium-nickel-manganèse-cobalt et les ions ferreux sont soumis à une réaction d’oxydo-réduction, de sorte que les ions hydrogène soient consommés et les ions ferreux soient oxydés en ions fer, ce qui permet aux ions fer d’atteindre un équilibre dynamique pendant tout le processus de lavage au sel à ultrasons.
Comme le montrent les à , dans un mode de réalisation, le mécanisme de broyage 100 comprend une grue 110, un broyeur 120, un premier convoyeur 130, un second tamis vibrant 140, un second convoyeur 150, un bac à poudre 160 et un convoyeur à vis 170. La grue 110 est configurée pour transporter la feuille d’électrode positive de la batterie au lithium usagée vers le broyeur 120, le premier convoyeur 130 est en communication avec le broyeur 120, le second tamis vibrant 140 est en communication avec le premier convoyeur 130 et le second convoyeur 150 respectivement, et le second convoyeur 150 est en communication avec la machine de lavage à ultrasons 210, et le bac à poudre 160 est en communication avec le second tamis vibrant 140 et le convoyeur à vis 170 respectivement. Il convient de noter que, d’abord, un grand nombre de feuilles d’électrode positive de batteries au lithium usagées sont collectées et transportées vers le broyeur 120 par la grue 110 pour l’opération de broyage. Les matériaux d’électrode positive broyés des batteries au lithium usagées sont transportés vers le second tamis vibrant 140 par le premier convoyeur 130 pour la séparation et le tamisage. Les matériaux d’électrode positive séparés et tamisés des batteries au lithium usagées sont transportés vers la machine de lavage à ultrasons 210 pour un lavage au sel, c’est-à-dire, les matériaux d’électrode positive des batteries au lithium usagées sont décollés à l’aide de la machine de lavage à ultrasons 210. Dans ce cas, les matériaux d’électrode positive des batteries au lithium usagées comprennent une poudre de matériau d’électrode positive et du film d’aluminium, la poudre de matériau d’électrode positive et une partie du film d’aluminium étant dissoutes dans la solution de lavage au sel de sulfate ferrique, le décollage de la poudre de matériau d’électrode positive et du film d’aluminium est achevé. Ensuite, le reste des matériaux d’électrode positive tamisés des batteries au lithium usagées est transporté vers le bac à poudre 160, puis traité par le convoyeur à vis 170 pour le déchargement et le conditionnement.
En outre, le mécanisme de broyage est également pourvu d’un appareil d’extinction automatique d’incendie au dioxyde de carbone, et l’appareil d’extinction d’incendie au dioxyde de carbone est agencé sur le broyeur. L’installation d’un appareil d’extinction d’incendie au dioxyde de carbone permet d’effectuer un traitement d’extinction d’incendie à temps lorsqu’un incendie accidentel se produit pendant le processus de broyage, améliorant ainsi efficacement les performances de sécurité du dispositif de recyclage d’une feuille d’électrode positive d’une batterie au lithium usagée. En outre, le broyeur est pourvu d’un appareil d’alarme de détection de température, et l’appareil d’alarme de détection de température est interconnecté avec l’appareil d’extinction d’incendie au dioxyde de carbone. En établissant une commande interconnectée de l’appareil d’extinction d’incendie au dioxyde de carbone et de l’appareil d’alarme de détection de température, lorsque l’appareil d’alarme de détection de température détecte que la température à l’intérieur du broyeur dépasse une valeur prédéfinie, l’appareil d’extinction d’incendie au dioxyde de carbone est commandé pour éteindre l’incendie, ce qui permet de contrôler efficacement les accidents en temps voulu et d’améliorer encore les performances de sécurité du dispositif 10 de recyclage d’une feuille d’électrode positive d’une batterie au lithium usagée.
Comme le montrent les , et , dans un mode de réalisation, l’ensemble de déshydratation 310 est pourvu d’une centrifugeuse 3110, et la centrifugeuse 3110 est en communication avec le réservoir à suspension de transfert 410. Il convient de noter que le film d’aluminium lavé au sel est centrifugé par la centrifugeuse 3110 pour obtenir une solution de centrifugation et un film d’aluminium déshydraté. Le film d’aluminium déshydraté est transporté vers l’ensemble de séchage 320 pour le séchage, tandis que la solution de centrifugation est transportée vers le réservoir à suspension de transfert 410 pour être mélangée avec la solution de lavage au sel de sulfate ferrique afin de subir la réaction de précipitation d’aluminium.
Afin de préparer la face avant pour les étapes ultérieures, on retire d’abord la couche d’oxyde natif. Cette étape est typiquement réalisée dans un four à une température comprise entre 950°C et 1150°C de préférence proche de 1100°C, sous atmosphère inerte. A l’issue de cette étape, en référence à la , le substrat présente une face avant 120 en silicium.
On procède ensuite à la formation d’une couche de carbure de silicium 20 sur la face avant 120 du substrat de base. La formation de la couche de carbure de silicium est réalisée dans un four qui sera décrit ultérieurement. Avantageusement, le retrait de la couche d’oxyde natif est réalisé dans le même four afin d’éviter des étapes de transfert entrainant une perte de temps et d’énergie pour le refroidissement et chauffage subséquent, et un besoin de main d’œuvre supplémentaire.
La couche de carbure de silicium est formée en phase gazeuse, c’est-à-dire que le carbone est présent dans le four sous forme d’un gaz carboné, par exemple du propane (C 3 H 8 ) ou de l’acétylène (C 2 H 4 ) gazeux. Le gaz carboné est mélangé avec un gaz porteur, par exemple de l’argon ou un mélange d’argon et d’hydrogène.
Le substrat est chauffé dans le four à une température de formation de la couche de carbure de silicium. La phase gazeuse de carbone se transforme en carbure de silicium par une réaction avec le silicium sur la surface du substrat. La réaction est auto-limitée, c'est-à-dire que lorsque tout le silicium surfacique de la face avant du substrat de base est consommé, la réaction de carbonisation s’arrête. On n’apporte pas de source de silicium supplémentaire. L’épaisseur finale de la couche de carbure de silicium 20 est comprise entre 2 et 5 nm. Simultanément, en référence à la , une couche de carbone 30 est formée sur la couche de carbure de silicium 20. A l’issue de cette étape, le substrat présente une face avant 320 en carbone.
On procède ensuite, en référence à la , au retrait de la couche de carbone. Avantageusement, ce retrait est réalisé par un apport en oxygène sur la face avant du substrat de base.
Dans certains modes de réalisation, le retrait de la couche de carbone est réalisé par l’introduction d’un flux d’oxygène dans le four et une réaction de la couche de carbone avec ledit flux d’oxygène. Dans ce cas, le retrait de la couche d’oxygène est avantageusement réalisé dans le même four que le dépôt de la couche de carbure de silicium. Ce traitement est donc réalisé in-situ et ne nécessite aucune étape de refroidissement ou de transfert dans une autre enceinte. Un retrait par un flux d’oxygène dans le même four permet d’obtenir une rugosité de la face avant 220 suffisamment faible pour les étapes ultérieures pour former un substrat de type semiconducteur ou piézoélectrique sur isolant pour applications radiofréquences.
Dans d’autres modes de réalisation, le retrait de la couche de carbone est réalisé par un procédé de gravure par un plasma d’oxygène. Ce retrait est efficace, il nécessite cependant une étape de transfert du substrat vers une autre enceinte. En outre, le traitement par un plasma peut dégrader la rugosité de la face avant 220 du substrat de base, ce qui implique un traitement ultérieur pour améliorer la qualité de surface.
La illustre un exemple de profil de température pour un procédé de formation d’une couche de carbure de silicium sur un substrat de silicium dans un four de recuit en fonction du temps écoulé. Dans ce cas, toutes les étapes du retrait de la couche d’oxyde natif jusqu’au retrait de la couche de carbone sont réalisées dans le même four.
On peut distinguer huit étapes du procédé :
La première étape E1 commence à un temps t0. Le substrat de base comportant une couche d’oxyde natif se trouve à température d’introduction dans le four qui est typiquement inférieure ou égale à 500°C. On introduit le substrat dans le four. On commence à chauffer le substrat de base à une température T O de retrait de la couche d’oxyde natif. Ce chauffage peut, de manière illustrative et non limitative, comprendre des montées en température de 5°C/min jusqu’à 900°C, puis de 2°C/min jusqu’à 1000°C, et de 1°C/min jusqu’à 1100°C. Au moment t1, on atteint la température TO de retrait d’oxyde natif.
La température T O de retrait d’oxyde natif est comprise entre 1000°C et 1200°C, de préférence proche de 1100°C. Cette température est maintenue pendant l’étape E2 qui dure typiquement environ 20 minutes jusqu’à t2. La durée de cette étape E2 peut varier en fonction de l’épaisseur de la couche d’oxyde natif.
On procède ensuite à un refroidissement pendant l’étape E3 jusqu’à une température TI d’injection de gaz carboné dans le four au moment t3. Par exemple, le refroidissement peut être réalisé à une vitesse de 5°C/min et la température d’injection de gaz T I est d’environ 750°C.
Après l’injection du gaz carboné et le gaz porteur, on chauffe le substrat dans l’étape E4 à une température T F de formation de couche de carbure de silicium. La température T F de formation de la couche de carbure de silicium 30 est avantageusement comprise entre 750°C et 1100°C. La nucléation du carbure de silicium à la surface du substrat commence pendant la montée en température entre t3 et t4 pendant l’étape E4 et s’arrête quand le silicium sur la surface du substrat de base s’est transformé en carbure de silicium. La réaction de formation du SiC s’arrête pendant la montée en température, quand tout le silicium est consommé. Ensuite, on forme une couche de carbone liée à la décomposition à haute température du gaz carboné. On maintient la température T F pendant l’étape E5 pendant laquelle on évacue le gaz carboné du four sous un flux de gaz porteur pendant environ 10 minutes. Par la suite, toujours à la température T F , on réalise un recuit de la couche de carbure de silicium, par exemple pour une durée de 2 heures jusqu’à t5.
On procède ensuite à un refroidissement E6 jusqu’à une température T R de retrait de la couche de carbone. La température T R est atteinte au moment t6 et est comprise entre 600 °C et 950°C. De manière illustrative et non limitative, cette température peut être aux alentours de 800°C. Dans l’étape de retrait E7 on maintient la température T R de retrait et injecte de l’oxygène O 2 dans le four. Par exemple, pour une injection à 2 à 20slm, la durée du retrait de la couche de carbone est d’environ 5 min jusqu’à t7. On baisse en suite, dans une étape finale E8, la température pour sortir le substrat du four.
Fabrication d’un substrat de type semiconducteur ou piézoélectrique sur isolant :
Le substrat de base comportant la couche de piégeage de charges en carbure de silicium peut maintenant être utilisé pour la fabrication d’un substrat de type semiconducteur ou piézoélectrique sur isolant pour applications radiofréquences.
Dans une septième variante, le premier élément, le deuxième élément et le troisième élément lorsqu’il est présent sont d’origine non recyclée.
Dans une huitième variante, le premier élément est d’origine au moins partiellement recyclée.
Dans une neuvième variante, le deuxième élément est d’origine au moins partiellement recyclée.
Dans une dixième variante, le troisième élément s’il est présent est d’origine au moins partiellement recyclée.
Dans une onzième variante, le premier élément et le deuxième élément sont d’origine au moins partiellement recyclée.
Dans une douzième variante, le premier élément et le troisième élément lorsqu’il est présent sont d’origine au moins partiellement recyclée.
Dans une treizième variante, le deuxième élément et le troisième élément lorsqu’il est présent sont d’origine au moins partiellement recyclée.
Dans une quatorzième variante, le premier élément, le deuxième élément et le troisième élément lorsqu’il est présent sont d’origine au moins partiellement recyclée.
L’expression « au moins partiellement recyclée » signifie qu’il y a au moins 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% de composition recyclée dans ledit élément, ladite composition recyclée comprenant elle-même au moins 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% d’homopolyamide ou copolyamide à longue chaine ou de copolyamide à motifs amides (Ba1) et à motifs polyéthers (Ba2) d’origine recyclée.
Dans un mode de réalisation, lorsque le mono-matériau est constitué de trois éléments ou plus, ladite composition du troisième élément comprend au moins un homopolyamide ou au moins un copolyamide à longue chaine.
Dans un autre mode de réalisation, lorsque le mono-matériau est constitué de trois éléments ou plus, ladite composition du troisième élément (E3) comprend au moins un copolyamide à motifs amides (Ba1) et à motifs polyéthers (Ba2).
Dans encore un autre mode de réalisation, lorsque le mono-matériau est constitué de trois éléments ou plus, ladite composition du troisième élément comprend un mélange d’au moins un homopolyamide ou au moins un copolyamide à longue chaine et d’au moins un copolyamide à motifs amides (Ba1) et à motifs polyéthers (Ba2).
Dans un autre mode de réalisation, la composition du premier élément (E1) comprend un seul homopolyamide ou au moins un copolyamide à longue chaine.
Dans un autre mode de réalisation, la composition du deuxième élément (E2) comprend un seul un seul copolyamide à motifs amides (Ba1) et à motifs polyéthers (Ba2).
Dans un autre mode de réalisation, la composition du troisième élément (E3) s’il est présent comprend un seul homopolyamide ou au moins un copolyamide à longue chaine.
Dans un autre mode de réalisation, la composition du troisième élément (E3) s’il est présent comprend un seul copolyamide à motifs amides (Ba1) et à motifs polyéthers (Ba2).
Comme le montrent les et , dans l’un des modes de réalisation, l’ensemble de séchage 320 comprend un dispositif d’alimentation 3210, un lit fluidisé vibratoire 3220, un échangeur de chaleur 3230, une soufflante 3240 et un troisième convoyeur 3250. Le dispositif d’alimentation 3210 est en communication avec la centrifugeuse 3110 et le lit fluidisé vibratoire 3220 respectivement, une sortie d’air de l’échangeur de chaleur 3230 est en communication avec une entrée d’air du lit fluidisé vibratoire 3220, une interface de source de chaleur de l’échangeur de chaleur 3230 est configurée pour transporter de la vapeur à haute température, une interface de source de froid de l’échangeur de chaleur 3230 est en communication avec une sortie d’air de la soufflante 3240, et une entrée d’air de la soufflante 3240 est configurée pour collecter de l’air, et le troisième convoyeur 3250 est en communication avec le lit fluidisé vibratoire 3220. Il convient de noter que le film d’aluminium déshydraté est transporté vers le lit fluidisé vibratoire 3220 par le dispositif d’alimentation 3210 pour le séchage, l’échangeur de chaleur 3230 chauffe l’air avec de la vapeur à haute température, et envoie de l’air chaud vers le lit fluidisé vibratoire 3220 pour sécher le film d’aluminium déshydraté. Le film d’aluminium séché est déchargé et conditionné par le troisième convoyeur 3250 pour achever le recyclage du film d’aluminium, et l’ensemble de séchage 320 utilise de la vapeur à haute température pour l’échange de chaleur, ce qui permet de réduire considérablement le coût d’utilisation. Cela permet également au dispositif 100 de recyclage de la feuille d’électrode positive de la batterie au lithium usagée de réaliser l’effet d’économie d’énergie.
En outre, dans l’un des modes de réalisation, la sixième pompe de commande est en communication avec la machine de lavage à ultrasons. Étant donné que la valeur du pH varie continuellement au cours du processus de lavage au sel à ultrasons, la sixième pompe de commande peut être commandée pour être mise en marche et laisser le réservoir de stockage d’acide sulfurique délivrer de l’acide sulfurique pour ajuster le pH de la machine de lavage à ultrasons en temps voulu.
En outre, le mécanisme de précipitation d’aluminium est pourvu d’un premier moniteur de pH, et le premier moniteur de pH est agencé sur le réservoir à suspension de transfert. Étant donné qu’il reste des ions hydroxyde et des ions ferriques libres dans la suspension mixte et que les ions ferriques ne forment pas de colloïde d’hydroxyde ferrique avec les ions hydroxyde dans des conditions acides, la valeur du pH dans le réservoir de suspension de transfert peut être surveillée en temps réel par agencement du premier moniteur de pH. En plus, la sixième pompe de commande est commandée pour être mise en marche afin de transporter de l’acide sulfurique vers le réservoir à suspension de transfert, de sorte que la valeur du pH dans le réservoir à suspension de transfert reste continuellement dans des conditions acides, améliorant ainsi efficacement le taux de recyclage de la solution de lavage au sel de sulfate ferrique.
Comme le montre la , dans l’un des modes de réalisation, le dispositif 10 de recyclage de la feuille d’électrode positive de la batterie au lithium usagée comprend en outre un mécanisme de purification des gaz d’échappement 800. Le mécanisme de purification des gaz d’échappement 800 comprend un cyclone dépoussiéreur 810, un collecteur à manches 820, une tour de pulvérisation 830, un ventilateur à tirage induit 840 et une cheminée 850 en communication séquentielle. Le cyclone dépoussiéreur 810 est en communication avec le broyeur 120 et le second tamis vibrant 140 respectivement, et la tour de pulvérisation 830 est en communication avec la machine de lavage à ultrasons 210. En cours d’utilisation, le broyeur 120 et le second tamis vibrant 140 génèrent un flux d’air poussiéreux, qui peut être aspiré par le cyclone dépoussiéreur 810 pour un dépoussiérage primaire, puis soumis à un dépoussiérage secondaire à l’aide du filtre à manches 820. Par la suite, le flux d’air continue d’être transporté vers la tour de pulvérisation 830 pour l’absorption, tandis que la vapeur générée par la machine de lavage à ultrasons est également transportée vers la tour de pulvérisation 830 pour l’absorption, puis est guidée à travers le ventilateur à tirage induit 840 vers la cheminée 850 pour, finalement, l’émission des gaz d’échappement.