本發(fā)明屬于退役動(dòng)力電池回收，具體涉及一種超聲輔助酒石酸剝離廢舊鋰離子電池正極材料的方法。

背景技術(shù)：

1、廢舊鋰離子電池(libs)在現(xiàn)代科技中扮演著至關(guān)重要的角色，廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車和電力儲(chǔ)能設(shè)備等領(lǐng)域。然而，隨著鋰離子電池的普及和年限的增長，廢棄電池的數(shù)量也迅速增加。據(jù)預(yù)測，全球廢棄libs的數(shù)量在2030年，將超過1100噸。因此，libs的回收和資源化再生對(duì)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2、在回收過程中，正極材料與鋁箔的分離是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。聚偏氟乙烯(pvdf)作為正極材料的主要粘合劑，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，但也使得正極材料難以通過簡單的機(jī)械方法與鋁箔分離。目前已有的廢舊鋰離子電池正極材料與鋁箔剝離技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在諸多缺點(diǎn)和局限性。例如高溫?zé)崽幚矸椒ㄍㄟ^在500℃至600℃下煅燒正極電極以分解pvdf，會(huì)釋放有毒的氟化氫(hf)氣體，造成空氣污染和設(shè)備腐蝕；而化學(xué)溶解法使用強(qiáng)酸/強(qiáng)堿分離正極材料，不僅會(huì)產(chǎn)生大量的強(qiáng)堿/酸性廢液，還造成了鋁箔的損失；溶劑溶解pvdf分離正極材料和鋁箔會(huì)產(chǎn)生的有機(jī)溶劑具有揮發(fā)性和毒性，并且回收成本高。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，郭雅峰等利用超聲輔助強(qiáng)極性溶劑(dmac、nmp和dmf)分離正極材料和鋁箔，但這些強(qiáng)極性溶劑成本較高且本身具有一定毒性，會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，并且該方法中超聲時(shí)間過長，會(huì)破壞鋁箔完整性，不利于再生回收(郭雅峰,夏志東,毛倩瑾,等.超聲輔助處理回收鋰離子電池正極材料[j].電子元件與材料,2007,26(5):3)。chen?x等利用超聲輔助fenton試劑產(chǎn)生羥基自由基以去除電池中聚偏氟乙烯，但fenton試劑是強(qiáng)氧化劑且含有fe2+，會(huì)影響正極材料與鋁箔的剝離，該方法中剝離率為97％，并會(huì)影響鋁箔純度，使得鋁箔純度低于70％(chen?x,li?s,wang?y,et?al.recycling?of?lifepo4?cathodematerials?from?spent?lithium-ion?batteries?through?ultrasound-assisted?fentonreaction?and?lithium?compensation[j].waste?management,2021,136:67-75.)。

4、因此，提供一種安全無毒、低成本、高效分離正極材料和鋁箔的方法，對(duì)于實(shí)現(xiàn)廢舊鋰離子電池的資源化再生和環(huán)境保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明目的之一在于提供一種超聲輔助酒石酸剝離廢舊鋰離子電池正極材料的方法。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種超聲輔助酒石酸剝離廢舊鋰離子電池正極材料的方法，在常溫下配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)1～50％的酒石酸溶液，配置好的酒石酸溶液加入超聲清洗儀器中，然后將待分離的含有鋁箔的正極材料浸入所述酒石酸溶液，超聲清洗后，獲得分離的鋁箔和正極材料。

4、優(yōu)選的，所述待分離的含有鋁箔的正極材料在浸泡前，先破碎為平均直徑為1～2cm的碎片。

5、優(yōu)選的，所述清洗程序?yàn)椋合燃訜狍w系溫度至30～45℃，開啟超聲清洗儀器，超聲功率為130w，超聲頻率為45khz，超聲清洗直至正極材料從鋁箔表面剝離。

6、優(yōu)選的，超聲清洗時(shí)間為40～120s。

7、優(yōu)選的，所述酒石酸溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％，加熱體系溫度至45℃，超聲清洗60s

8、優(yōu)選的，當(dāng)正極材料從鋁箔表面剝離后，取出鋁箔，清洗并烘干回收；剩余部分進(jìn)行固液分離，分離所得固體即為正極材料，清洗并烘干回收。

9、本發(fā)明的有益效果為：

10、本發(fā)明使用酒石酸剝離正極材料，原理為：酒石酸在超聲的輔助下增強(qiáng)了羧酸的滲透性，使得酒石酸與鋁箔表面(al2o3層)發(fā)生反應(yīng)，使鋁箔表面pvdf/正極材料層完全脫附，實(shí)現(xiàn)鋁箔和正極材料的分離。此外，酒石酸的進(jìn)一步吸附，會(huì)與鋁箔表面al3+發(fā)生絡(luò)合作用，形成鈍化層，保護(hù)鋁箔不被酒石酸進(jìn)一步腐蝕，減小后續(xù)雜質(zhì)離子干擾。另一方面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明pvdf自身作為含氟類介電材料，通過控制超聲功率和頻率，在合適的超聲空化作用下，pvdf可以與水和氧氣分子間發(fā)生界面接觸電致催化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)還原性組分過氧化氫的原位合成，繼而產(chǎn)生高活性自由基降解pvdf，最終實(shí)現(xiàn)正極材料的分離和純化。

11、本發(fā)明技術(shù)無需使用任何污染性和毒性的有機(jī)溶劑，酒石酸無毒且成本低，在環(huán)境危害以及工業(yè)生產(chǎn)成本方面均大幅降低。此外，本技術(shù)不僅可以將活性材料基本無損壞剝離，還可以實(shí)現(xiàn)pvdf的無害壞降解，這是僅靠有機(jī)溶劑溶解處理無法實(shí)現(xiàn)的。本方法中超聲僅需40s左右，即可實(shí)現(xiàn)99％以上的正極材料剝離率，鋁箔完整，基本無損，不影響其再生使用。

12、由于本方法使用酒石酸預(yù)先與氧化鋁層反應(yīng)，徹底剝離正極材料，當(dāng)有al3+浸出后，酒石酸立即與其形成絡(luò)合物鈍化層，保護(hù)鋁箔不被繼續(xù)腐蝕，不僅提高了正極材料剝離率，同時(shí)提高了鋁箔的純度。實(shí)驗(yàn)表明，本方法的正極材料剝離率達(dá)99.5％以上，鋁箔的純度高于99％，技術(shù)效果遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的其它回收方法。

13、本發(fā)明方法可高效的分離正極材料和鋁箔，兩部分材料可分別進(jìn)行進(jìn)一步處理和回收，減少了有價(jià)值成分的損失，對(duì)于實(shí)現(xiàn)廢舊鋰離子電池的資源化再生和環(huán)境保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)特征：

1.一種超聲輔助酒石酸剝離廢舊鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于，在常溫下配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)1～50％的酒石酸溶液，配置好的酒石酸溶液加入超聲清洗儀器中，然后將待分離的含有鋁箔的正極材料浸入所述酒石酸溶液，超聲清洗后，獲得分離的鋁箔和正極材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲輔助酒石酸剝離廢舊鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于，所述待分離的含有鋁箔的正極材料在浸泡前，先破碎為平均直徑為1～2cm的碎片。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲輔助酒石酸剝離廢舊鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于，所述清洗程序?yàn)椋合燃訜狍w系溫度至30～45℃，開啟超聲清洗儀器，超聲功率為130w，超聲頻率為45khz，超聲清洗直至正極材料從鋁箔表面剝離。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超聲輔助酒石酸剝離廢舊鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于，超聲清洗時(shí)間為40～120s。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種超聲輔助酒石酸剝離廢舊鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于，所述酒石酸溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％，加熱體系溫度至45℃，超聲清洗60s。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的一種超聲輔助酒石酸剝離廢舊鋰離子電池正極材料的方法，其特征在于，當(dāng)正極材料從鋁箔表面剝離后，取出鋁箔，清洗并烘干回收；剩余部分進(jìn)行固液分離，分離所得固體即為正極材料，清洗并烘干回收。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于退役動(dòng)力電池回收技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲輔助酒石酸剝離廢舊鋰離子電池正極材料的方法。該方法首先在常溫下配置設(shè)定濃度的酒石酸溶液，將配置好的酒石酸溶液加入超聲清洗儀器中，然后將待分離的含有鋁箔的正極材料浸入所述酒石酸溶液，超聲清洗后，固液分離，獲得鋁箔和正極材料。酒石酸無毒且成本低，不僅可以將活性材料基本無損壞剝離，還可以實(shí)現(xiàn)PVDF的無害化降解。本方法可高效的分離正極材料和鋁箔，兩部分材料可分別進(jìn)行進(jìn)一步處理和回收，減少了有價(jià)值成分的損失，對(duì)于實(shí)現(xiàn)廢舊鋰離子電池的資源化再生和環(huán)境保護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)研發(fā)人員：陳志翔,向柏霖,葉松湖,陳子熙,聞立,王浩宇,陳乘昕,劉智涵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2