一種從廢舊鋰離子電池中回收集流體的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及廢舊鋰離子電池回收和利用，特別涉及廢舊鋰離子電池集流體與電極活性物質的分離。
【背景技術】
[0002]鋰離子電池是目前世界上技術性能最好的可充電化學電池，具有工作電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長、自放電小、無記憶效應、無污染等優(yōu)點，廣泛用于移動通訊、筆記本電腦、便攜式工具、電動車等領域。根據(jù)我國《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》電動汽車累計銷售到2015年達50萬輛，2020年達500萬輛。保守估計私家車使用條件下，純電動插電式汽車的動力電池組使用壽命約為4-6年左右；而對于公交車、出租車等車型，由于日均行駛里程長，充電較為頻繁，其動力電池組的壽命可能僅為2-3年。目前我國私人乘用車平均報廢年限在12-15年，小型出租車強制報廢年限為8年，因此，混合動力汽車和純電動汽車的和電池組在汽車的使用壽命周期內至少會更換一次。據(jù)預計2015年，動力電池累計報廢量約在2?4萬噸左右，到2020年，我國僅純電動(含插電式)乘用車和混合動力乘用車動力電池累計報廢量將達到12?17萬噸的規(guī)模。這些報廢的鋰離子電池如果被當做垃圾來處理，這不僅是對資源的浪費而且這些報廢的鋰離子電池對環(huán)境也會產(chǎn)生嚴重的污染。因此，廢舊鋰離子電池的回收就顯得至關重要，對于我國實現(xiàn)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展，具有重要意義。
[0003]目前，各種類型的鋰離子電池都是由外層塑料、鋁、鋼質的外殼包裹，內層分別為正極活性物質、負極活性物質、鋁箔和銅箔集流體、粘合劑和隔膜、電解液及其電解質鹽。不論采用哪種方法回收鋰離子電池，都必須將正、負極集流體進行剝離。目前有報道的剝離正、負極集流體主要有四種方法:1、高溫煅燒，高溫處理電極會使粘合劑PVDF分解，從而使集流體剝離。但是，能耗高，在粘合劑焚燒過程中PVDF分解會產(chǎn)生大量二噁英、粉塵和重金屬污染，對焚燒設備要求也高，這會對環(huán)境造成污染，同時后續(xù)元素分離處理工作量工序復雜。2、用NMP等有機溶劑溶解粘合劑。這種方法雖然能很好的剝離集流體，但是NMP具有毒性，對環(huán)境污染很大，而且大量使用NMP會致使回收成本很高，否則會造成二次污染。3、機械破碎后在水中超聲處理，這種方法雖然簡單，但是耗時長同時分離處理效果不理想，需大量后續(xù)處理。4、使用強酸強堿對電極材料進行處理，該種方法目前較為常用，但是各元素分別沉淀工藝復雜，原輔料消耗量大，對設備要求較高，且廢液不容易處理，容易產(chǎn)生二次污染。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種從廢舊鋰離子電池回收集流體的方法。減少了原輔料的投放，簡化了工藝流程。同時，未采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)等有機溶劑，從而減小了由于大量有機溶劑引入所造成的環(huán)境污染及回收工藝的高成本，簡化了整個廢舊鋰電池集流體回收流程并增加回收產(chǎn)品。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種從廢舊鋰離子電池中回收集流體的方法，步驟如下:
[0006]步驟一、將廢鋰電池置于氯化鈉水溶液中浸泡2_8h，進行放電處理；
[0007]步驟二、將放電后的廢鋰電池進行物理拆解，取出正極極片，用水沖淋洗去電解液；
[0008]步驟三、在一高壓反應爸中，先加入由一定體積比的硝酸鋰飽和溶液和氫氧化鋰飽組成的混合溶液，再加入一定量的正極極片或負極極片，然后，加壓至2?5個標準大氣壓，油浴加熱至120-150°C，緩慢攪拌0.5-2h ;過2.5-10目篩網(wǎng)，篩上物即為集流體金屬箔，洗凈后回收。
[0009]進一步講，步驟三中，硝酸鋰飽和溶液與氫氧化鋰飽和溶液的體積比為10:1?4:1，優(yōu)選為 10:1.5 ?5:1。
[0010]步驟三中，還可以對篩下物進行離心固液分離，固體為正極材料粉體和導電劑或是負極材料粉體和導電劑。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過簡單的化學處理使用硝酸鋰和氫氧化鋰的混合溶液在一定溫度壓力下腐蝕聚偏氟乙烯PVDF，使之失效溶解，使正負極材料從金屬箔上脫落下來，直接回收單質金屬箔，不需要進行傳統(tǒng)鋰電池回收工藝中使用強酸強堿溶解鋁箔和正負極材料、分離沉淀鋁元素和其他金屬元素的方法，減少了原輔料的投放和減少了工藝流程步驟，同時由于只是用鋰鹽溶液，未引入鈉離子等新的雜質離子，分離后的正負極材料不需要特殊除雜處理即可后續(xù)使用，且硝酸鋰氫氧化鋰飽和溶液可以通過補充溶劑循環(huán)重復使用，降低了原輔料材料成本。該方法也未采用N-甲基吡咯烷酮NMP等有機溶劑，減小了由于大量NMP引入造成的對環(huán)境的污染及回收工藝的高成本，簡化整個廢舊鋰電池集流體回收流程并增加回收產(chǎn)品，通過模擬實驗測試鋁箔的回收率可以達到98.5%以上，銅箔的回收率接近100%。
【具體實施方式】
[0012]以下通過實施例講述本發(fā)明的詳細過程，提供實施例是為了理解的方便，絕不是限制本發(fā)明。
[0013]實施例1:取160gNCMlll型三元材料、19克導電炭黑、6.5kPVDF和32.8g鋁箔組成軟包電池正極，取88.3g改性石墨、4.6gPVDF和75.5g銅箔作為軟包電池負極，組裝成電池后進行300次充放電后，作為廢舊電池進行回收實驗處理。具體步驟如下:
[0014]將該軟包電池置于氯化鈉水溶液中浸泡2h進行放電處理；在手套箱中將放電后的電池去除包裝，取出正負極極片，并裁剪成每段1cm左右長度的正負極片材，之后用水沖淋洗去除殘余電解液；在高壓反應釜中按體積比10:1.5的比例加入硝酸鋰飽和溶液與氫氧化鋰飽和溶液共1.2L的混合溶液，將裁剪后的正極片材全部轉移入高壓反應釜，加壓至2atm(標準大氣壓)，油浴加熱至120°C，緩慢攪拌Ih ;過2.5目篩網(wǎng)，篩上物即為集流體鋁箔，純水洗凈烘干后即為回收的鋁箔。稱量為32.44g，其收率為98.9%;按相同方法處理負極片材，回收得到銅箔，稱重為75.3g，其收率為99.7 %。
[0015]實施例2:取5支廢棄的INR18650-MH1型3.2Ah圓柱型18650電池，置于氯化鈉水溶液中浸泡4h進行放電處理；在手套箱中將放電后的電池物理拆解，取出正極極片，之后用水沖淋洗去電解液；在高壓反應爸中按體積比4:1的比例加入硝酸鋰飽和溶液與氫氧化鋰飽和溶液共4L的混合溶液，加入5個正極極片共93g，加壓至5atm，油浴加熱至150°C，緩慢攪拌0.5h，過10目篩網(wǎng)，篩上物即為集流體鋁箔，洗凈烘干后為回收的鋁箔，稱量為9.86g，對篩下物進行離心固液分離，固體為NCA正極材料和導電劑粉體，烘干后稱量質量82.5g。同理，該廢棄電池的負極材料按照上述工藝處理，回收得到銅箔19.9g，負極材料和導電劑粉體39.8g。
[0016]綜上所述，使用本發(fā)明所表述的方法通過簡單的化學處理使用硝酸鋰和氫氧化鋰的混合溶液在一定溫度壓力下腐蝕PVDF，在拆解回收多元動力電池時不會對環(huán)境造成二次污染，減少了原輔料的投放和減少了工藝流程步驟，提高了回收效率，鋁箔的回收率可以達到98.5%以上，銅箔的回收率接近100%。
[0017]盡管上面對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護之內。
【主權項】
1.一種從廢舊鋰離子電池中回收集流體的方法，其特征在于，步驟如下: 步驟一、將廢鋰電池置于氯化鈉水溶液中浸泡2-8h，進行放電處理； 步驟二、將放電后的廢鋰電池進行物理拆解，取出正極極片，用水沖淋洗去電解液； 步驟三、在一高壓反應釜中，先加入由一定體積比的硝酸鋰飽和溶液和氫氧化鋰飽組成的混合溶液，再加入一定量的正極極片或負極極片，然后，加壓至2?5個標準大氣壓，油浴加熱至120-150°C，緩慢攪拌0.5-2h ;過2.5-10目篩網(wǎng)，篩上物即為集流體金屬箔，洗凈后回收。2.根據(jù)權利要求1所述從廢舊鋰離子電池中回收集流體的方法，其特征在于，步驟三中，硝酸鋰飽和溶液與氫氧化鋰飽和溶液的體積比為10:1?4:1。3.根據(jù)權利要求2所述從廢舊鋰離子電池中回收集流體的方法，其特征在于，硝酸鋰飽和溶液與氫氧化鋰飽和溶液的體積比為10:1.5?5:1。4.根據(jù)權利要求1所述從廢舊鋰離子電池中回收集流體的方法，其特征在于，步驟三中，高壓反應爸中的正極極片或負極極片與混合液體的固液比為l:5g/ml?l:50g/ml。5.根據(jù)權利要求1所述從廢舊鋰離子電池中回收集流體的方法，其特征在于，步驟三中，對篩下物進行離心固液分離，固體為正極材料粉體和導電劑或是負極材料粉體和導電劑。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種從廢舊鋰離子電池中回收集流體的方法，包括：廢舊電池放電處理；物理拆卸，極片沖洗電解液；在一定溫度和壓力條件下將極片浸泡在硝酸鋰和氫氧化鋰的飽和溶液中緩慢攪拌；過濾后即可得到集流體金屬箔。該方法中使用硝酸鋰和氫氧化鋰的混合溶液在一定溫度壓力下腐蝕PVDF，使電極材料從金屬箔上脫落下來，直接回收單質金屬箔，不需要進行傳統(tǒng)鋰電池回收工藝中使用氫氧化鈉溶解鋁箔、分離沉淀鋁元素的方法，減少了原輔料的投放和減少了工藝流程步驟。也未采用NMP等有機溶劑，減小了由于大量有機溶劑引入所造成的環(huán)境污染及回收工藝的高成本，簡化了整個廢舊鋰電池集流體回收流程并增加回收產(chǎn)品。
【IPC分類】H01M10/54
【公開號】CN105098280
【申請?zhí)枴緾N201510539905
【發(fā)明人】郭建
【申請人】郭建
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月28日