CN103311600A - 用水溶性离子液体回收废锂离子电池中金属的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种用水溶性离子液体回收废锂离子电池中金属的方法及装置，其方法为：1、将废锂离子电池进行放电处理；2、将放电后的废锂离子电池手工拆解分离，得到阳极、阴极、隔膜和含电路板的外壳，并分离分类；3、将水溶性离子液体置于油浴锅中加热并采用电动搅拌机搅拌；4、将分离的阳极和阴极分别加入油浴锅中，在其中停留25min进行负极材料和铜箔的分离以及正极材料和铝箔的分离；5、待油浴锅中的水溶性离子液体冷却后取出分离后的铝箔和铜箔并冲洗；6、对冷却后的水溶性离子液体过滤，分离正极材料和负极材料并水洗；其装置包括自动控温的油浴锅以及***其中的转速可调的电动搅拌机；本发明具有拆解效率高、有价金属和正极材料回收纯度高、环境友好的特点。
Description
技术领域
本发明涉及电子废物资源化处理技术领域，具体涉及一种用水溶性离子液体回收废锂离子电池中金属的方法及装置。
背景技术
当前消费电子（包括笔记本电脑、手机和平板电脑等）广泛使用及其更新换代的加快，已经带来大量废锂离子电池的产生；同时电动汽车的发展方兴未艾，巨大市场和需求也势必导致大量废锂离子电池的产生。据预测，2020年废锂离子电池产量将达到50万吨。另外，和一般电子废物性质一样，废锂离子电池也具有资源性和危害性双重特性。该类废物中含有高品位的铜、铝有价金属和高价值的正极材料（如钴酸锂），其中铜、铝、钴、锂的含量分别在7-10%、3-10%、5-10%、2-12%，但是废锂离子电池中残余电量和有毒的电解液也給环境和人类健康带来巨大的潜在风险。
尽管锂离子电池已经应用到消费电子和电动汽车中，型号、大小、形状常具有较大的差异，但其结构和组成基本相同。它们都是由铝箔、正极材料、铜箔、负极材料（碳）、隔膜、电路板、外壳等组成，铝箔与正极材料、铜箔与负极材料通常由聚偏氟乙烯（PVDF）粘结。
废锂离子电池的资源化和无害化还是一个新的环境问题，其回收技术的研究只有10年左右的时间。目前主要围绕废锂离子电池拆解、破碎、分离和冶金进行了研究，形成了多种复合技术如破碎-酸浸-热处理-化学沉淀、机械处理-热处理-湿法冶金、拆解-酸浸-化学沉淀-溶剂萃取、机械拆解-分离-电化学和热处理、拆解-化学沉淀-容积萃取、拆解-酸浸-溶剂萃取-化学沉淀、浸提-溶剂萃取-电沉积、机械分选-电解液提取-电溶解-钴还原、溶解-热处理-酸浸-化学沉淀、放电-破碎-筛分-磁选-真空热处理-熔炼、破碎-碱浸-酸溶-溶剂萃取等工艺。近两年逐渐开始利用加热条件下超声波、N-甲基吡咯烷酮溶解等方式进行预处理，促进正负极材料和铜箔、铝箔的分离，也提高了钴、锂资源化的效率。除此之外，也有学者研究了生物冶金和火法冶金的工艺。
废锂离子电池其处理工艺中，放电、深度资源化得到较多研究和使用，其回收利用工艺相对研究较弱。而且，上述研究大多停留在实验室阶段，没有形成成熟的成套商业化运行工艺。资源化效率和环境友好仍然是当前废锂离子电池处理中十分欠缺的方面。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种用水溶性离子液体回收废锂离子电池中金属的方法及装置，具有拆解效率高、有价金属和正极材料回收纯度高、环境友好的特点。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种用水溶性离子液体回收废锂离子电池中金属的方法，包括如下步骤：
步骤1：将废锂离子电池进行放电处理；
步骤2：将放电后的废锂离子电池进行手工拆解分离，得到阳极、阴极、隔膜和含电路板的外壳，并进行分离分类，所述阳极为铜箔和负极材料碳，阴极为铝箔和正极材料；
步骤3：将水溶性离子液体置于油浴锅中，加热至175-185℃，并采用电动搅拌机搅拌，电动搅拌机转速控制为250-350rpm；
步骤4：将步骤2分离的阳极和阴极分别加入油浴锅中，在其中停留20-25min进行负极材料和铜箔的分离以及正极材料和铝箔的分离；
步骤5：运行关闭，待油浴锅中的水溶性离子液体冷却后取出分离后的铝箔和铜箔，然后利用含水溶性离子液体和蒸馏水的冲洗液对其冲洗，冲洗液重新回收至油浴锅再利用；
步骤6：对油浴锅中冷却后的水溶性离子液体进行过滤，分离正极材料和负极材料，然后水洗获得纯净的正极材料和负极材料，水洗液也循环利用，过滤后的水溶性离子液体重新回收至油浴锅循环利用。
所述废锂离子电池置于食盐水中进行放电处理，然后干燥。
所述水溶性离子液体为[BMIm]BF4离子液体。
上述所述方法采用的装置，包括自动控温的油浴锅1以及***其中的转速可调的电动搅拌机2。
本发明方法能够处理各种废锂离子电池，尤其是较大的动力锂电池；采用环境友好的水溶性离子液体（如[BMIm]BF4溶剂），铜箔和铝箔回收率超过99%，回收纯度超过98%，正极材料回收率超过95%。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明采用的剥离废锂离子电池的装置。
图3本发明高温剥离废锂离子电池正负极材料的机理示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种用水溶性离子液体回收废锂离子电池中金属的方法，包括如下步骤：
步骤1：将废锂离子电池置于食盐水中进行放电处理，然后干燥；
步骤2：将放电后的废锂离子电池进行手工拆解分离，得到阳极、阴极、隔膜和含电路板的外壳，并进行分离分类，所述阳极为铜箔和负极材料碳，阴极为铝箔和正极材料；
步骤3：将[BMIm]BF4离子液体置于油浴锅中，加热至175℃，并采用电动搅拌机搅拌，电动搅拌机转速控制为300rpm；
步骤4：将步骤2分离的阳极和阴极分别加入油浴锅中，在其中停留25min进行负极材料和铜箔的分离以及正极材料和铝箔的分离；
步骤5：运行关闭，待油浴锅中的水溶性离子液体冷却后取出分离后高纯度的铝箔和铜箔（避免高温，因为2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2），然后利用含水溶性离子液体和蒸馏水的冲洗液对其冲洗，冲洗液重新回收至油浴锅再利用；
步骤6：对油浴锅中冷却后的水溶性离子液体进行过滤，分离正极材料和负极材料，然后水洗获得纯净的正极材料和负极材料，水洗液也循环利用，过滤后的水溶性离子液体重新回收至油浴锅循环利用。
如图2所示，为本发明采用的剥离废锂离子电池的装置，油浴锅1和电动搅拌机2联合使用；油浴锅1具备自动控制温度***，采用电加热方式；电动搅拌机2为电驱动，转速可以调节控制，并可稳定转速。
如图3所示，为本发明高温剥离废锂离子电池正负极材料的机理，铜箔与负极材料、铝箔与正极材料一般通过PVDF粘结，当阳极或者阴极置于高温搅拌的水溶性离子液体中时，强对流使热量快速扩散，热量主要通过正负极材料向PVDF传递，少部分通过铜箔、铝箔进行热传导。
Claims (4)
1.一种用水溶性离子液体回收废锂离子电池中金属的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将废锂离子电池进行放电处理；
步骤2：将放电后的废锂离子电池进行手工拆解分离，得到阳极、阴极、隔膜和含电路板的外壳，并进行分离分类，所述阳极为铜箔和负极材料碳，阴极为铝箔和正极材料；
步骤3：将水溶性离子液体置于油浴锅中，加热至175-185℃，并采用电动搅拌机搅拌，电动搅拌机转速控制为250-350rpm；
步骤4：将步骤2分离的阳极和阴极分别加入油浴锅中，在其中停留20-25min进行负极材料和铜箔的分离以及正极材料和铝箔的分离；
步骤5：运行关闭，待油浴锅中的水溶性离子液体冷却后取出分离后的铝箔和铜箔，然后利用含水溶性离子液体和蒸馏水的冲洗液对其冲洗，冲洗液重新回收至油浴锅再利用；
步骤6：对油浴锅中冷却后的水溶性离子液体进行过滤，分离正极材料和负极材料，然后水洗获得纯净的正极材料和负极材料，水洗液循环利用，过滤后的水溶性离子液体重新回收至油浴锅循环利用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述废锂离子电池置于食盐水中进行放电处理，然后干燥。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述水溶性离子液体为[BMIm]BF4离子液体。
4.权利要求1至3任一项所述方法采用的装置，其特征在于：包括自动控温的油浴锅（1）以及***其中的转速可调的电动搅拌机（2）。
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