CN111224188A - 一种废动力锂电池的绿色回收工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废动力锂电池的绿色回收工艺，主要包括以下步骤：(1)：切割分解废动力锂电池的外壳，得到电池内芯；(2)：对电池内芯进行烘干处理；(3)：对烘干后的电池内芯进行解卷，将分解后的正极片、负极片分开收集；(4)对正极片/负极片单独进行烘干处理；(5)：对烘干后的正极片/负极片进行冲击式破碎；(6)：对破碎后的正极/负极产物进行振动筛分，获得相应的分离产物。本发明通过将正、负极材料先分离，再进行分开收集、加热、破碎和振动筛分的方式，解决了现有方法未考虑电解液、正负极片破碎效率不高、分离破碎颗粒准确率不高等问题，以提高破碎效率、降低后续筛分难度，从而提高废动力电池的回收效率。

Description

一种废动力锂电池的绿色回收工艺
技术领域
本发明涉及锂电池回收技术领域，特别是涉及一种废动力锂电池的绿色回收工艺。
背景技术
随着电动汽车产量的快速增长，而动力电池作为新能源汽车的三大核心部件之一，其出货量也会大幅增长，与此同时，第一批动力锂电池已达到退役阶段。预计2020年，我国首批新能源车的动力蓄电池将迎来一轮“退役潮”，退役电池累计约20万吨，目前如此大规模的废动力锂电池亟需处理，而且目前的回收工艺方法尚不成熟，回收利用率不高，废动力锂电池的回收利用问题会成为一个关键的问题。
废动力电池如果处置不当，其所含的有机物和贵金属会对环境构成潜在威胁，而另一方面废动力电池正极片中铝和磷酸铁锂、负极片中的铜和石墨等均具有极高的回收价值。将废旧电池进行回收再利用，不仅可以减少对生态环境的破坏，而且也是对资源的节约，符合生态、绿色、循环的生产要求。因此寻找绿色环保高效的废动力锂电池回收方法是非常有必要的。
目前的回收方法主要有机械法、湿法以及生物法。湿法回收需要消耗大量的强酸、强碱和萃取剂等，还会产生大量的废液，后续处理困难。生物法回收以生物酸代替传统的硫酸、硝酸，对环境影响较小，但生物菌难以培养，回收针对性性，应用范围窄，且效率低下。机械法则采用机械破碎式，将电极整体(即电池内芯，包括正极片、负极片及隔膜)进行粉碎并处理，该种破碎方式中电极材料碎片有效分离的难度大，分离准确率不高，废旧动力锂电池的资源化程度较低。
申请号为2019101458704.6的中国发明专利：锂电池回收方法和设备，公开了技术：通过将正、负电极同时破碎获得电极混合碎片，再通过检测方法实现正极碎片与负极碎片的分离，进而回收相关的材料。该技术在实际使用过程中仍然存在一些技术缺陷：其对电池卷芯先破碎处理，再对破碎后的混合碎片进行烘干，由于电极片表面存在电解液，使得电极片的破碎比较困难；其采用X射线照射的方法实现，既使得分离过程变得复杂、技术要求高，又难以将重叠混合的正负极材料进行可靠分离。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种废动力锂电池的绿色回收工艺，解决现有方法未考虑电解液、正负极片破碎效率不高、分离电池内芯破碎颗粒准确率不高等问题，以提高正负极材料的破碎效率、降低后续筛分难度，从而提高废动力电池的回收效率。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种废动力锂电池的绿色回收工艺，该工艺主要包括以下步骤：
(1)：切割分解废动力锂电池的外壳，得到电池内芯，外壳和极耳直接回收；
(2)：对电池内芯进行烘干处理，烘干温度为100℃～140℃，烘干时间为100min～120min；
(3)：对步骤(2)中烘干后的电池内芯进行解卷，将分解后的正极片、负极片分开收集，分解后的隔膜直接回收；
(4)对正极片/负极片单独进行烘干处理，烘干温度为300℃～360℃，烘干时间为60min～90min；
(5)：对经过步骤(4)中烘干后的正极片/负极片进行冲击式破碎；
(6)：对步骤(5)中破碎后的正极/负极产物进行振动筛分，获得相应的分离产物。
优选的，在步骤(1)中，在对废动力锂电池的外壳进行切割分解前，对废动力锂电池进行穿孔放电。
优选的，在步骤(2)中，电池内芯烘干处理的烘干温度为120℃，烘干时间为120min。
优选的，在步骤(4)中，正极片/负极片烘干处理的烘干温度为330℃，时间为60min。
优选的，在步骤(5)中，正极片/负极片的破碎比为90％以上。
优选的，步骤(6)之后，对获得的分离产物进行捡分，对未破碎完全或未分离完全的正极片/负极片重复步骤(4)至步骤(6)的操作。
优选的，在步骤(2)中，对电池内芯烘干过程中挥发出的电解液进行收集处理。
与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：
1、本发明通过将正、负极材料先分离、再分别进行破碎，使隔膜可以直接回收；同时，避免了破碎后的铜箔和铝箔混合在一起，极大降低了后续分选工作的难度，在减少分选工作量的同时提高了铜箔和铝箔的纯度；
2、本发明通过对正、负极材料分别进行低温热处理，降低了正、负电极片表面粘结剂的粘结作用，使得极片表层的磷酸铁锂粉末等物质在进行破碎时更容易脱离，提高了粉碎效率，有效避免破碎产物之间的粘结现象，利于后续的振动筛分工作；
3、本发明通过对电池内芯进行加热处理，对受热挥发后的电解液进行收集处理，有效避免了电解液污染环境和损害人身健康，保证废动力锂电池回收作业现场环境的清洁。
附图说明
图1为本发明的废动力锂电池的绿色回收工艺流程示意图；
图2为电池内芯解卷和烘干后得到的废动力锂电池正极片材料；
图3为废动力锂电池正极片材料冲击破碎后得到的颗粒混合物；
图4为正极颗粒混合物振动筛分后得到的废动力锂电池正极材料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，一种废动力锂电池的绿色回收工艺，该工艺主要包括以下步骤：
(1)：切割分解废动力锂电池的外壳，得到电池内芯，外壳和极耳直接回收。
本实施例中，废动力锂电池的外壳为铝制外壳，电池内芯置于铝制外壳内，电池内芯包括正极材料、负极材料和位于正负极材料之间的隔膜，且电池内芯的顶部设置有极耳，用于多个锂电池单元组件之间的串联/并联连接。正极材料包括铝箔和粘结在其表面的磷酸铁锂涂层，负极材料包括铜箔和粘结在其表面的碳粉涂层，粘结剂为聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，简称PVDF)。
通过切割设备(如锯片式切割机)对铝制外壳进行剖切，并将电池内芯从外壳内取出，再将极耳由电池内芯上切割分离，则得到便于解卷的电池内芯；同时，切割分离的外壳和极耳可直接回收再利用。
优选的，在对废动力锂电池的外壳进行切割分解前，对废动力锂电池进行穿孔放电，以使残留电流能够完全释放，避免对后续的切割和解卷过程产生人身伤害。显然地，也可采用本领域技术人员能够获知的其他方法实现放电过程。
(2)：对电池内芯进行烘干处理，烘干温度为100℃～140℃，烘干时间为100min～120min。
本实施例中，采用具有气体排放和收集结构且空间密闭的高温烘烤箱作为电池内芯的烘干设备，能够实现快速加热、温度调控和尾气处理的功能。电池内芯在受热过程中，其表面的电解液受热挥发，并通过除臭喷淋塔、高流量除雾器、活性炭除臭设备、排风机等组成的尾气处理装置进行吸收处理，有效避免了电解液污染环境和损害人身健康，保证废动力锂电池回收作业现场环境的清洁。高温烘烤箱和尾气处理装置均为现有设备，此处不作详细赘述。
优选的，电池内芯烘干处理的烘干温度为120℃，烘干时间为120min。采用此参数完成烘干操作后，电池内芯表面直观不到有电解液残留，以便于后续的解卷操作。
(3)：对步骤(2)中烘干后的电池内芯进行解卷，将分解后的正极片、负极片分开收集，分解后的隔膜直接回收。
本实施例中，电池内芯的解卷过程采用人工解卷，以便正极材料、负极材料和位于正负极材料之间的隔膜三者能够完好地分离，分离后的隔膜可直接回收再利用，分离后的正极片、负极片分开收集，以便后续的二次烘干操作。
(4)对正极片/负极片单独进行烘干处理，烘干温度为300℃～360℃，烘干时间为60min～90min。
采用与步骤(2)中相同的高温烘干箱作为烘干设备，将收集的正极片/负极片放入高温烘干箱内进行二次烘干。优选的，设置烘干温度为330℃，烘干时间为60min。采用此参数完成烘干操作后，正极片上的磷酸铁锂涂层、负极片上的碳粉涂层表面出现大量龟裂裂纹并处于即将剥离脱落的状态。正极片烘干处理后，磷酸铁锂涂层的状态如图2所示。
通过对正、负极材料分别进行低温热处理，降低了正、负电极片表面粘结剂的粘结作用，使得极片表层的磷酸铁锂粉末等物质在进行破碎时更容易脱离，提高了粉碎效率，有效避免破碎产物之间的粘结现象，利于后续的振动筛分工作。
(5)：对经过步骤(4)中烘干后的正极片/负极片进行冲击式破碎。
本实施例中，采用破碎设备(如塑料摆锤冲击破碎机)对烘干后的正极片/负极片进行破碎操作，使铝箔/铜箔的破碎比达到90％以上，则此时正极材料中的磷酸铁锂涂层变为粉末从铝箔表面基本完全脱离，负极材料中碳粉涂层变为粉末从铜箔表面基本完全脱离。烘干后的正极片冲击破碎后得到的颗粒混合物如图3所示。
通过将正、负极材料先分离、再分别进行破碎，使隔膜可以直接回收；同时，避免了破碎后的铜箔和铝箔混合在一起，极大降低了后续分选工作的难度，在减少分选工作量的同时提高了铜箔和铝箔的纯度。
(6)：对步骤(5)中破碎后的正极/负极产物进行振动筛分，获得相应的分离产物。
采用振动筛分设备对破碎后的得到的正极材料的颗粒混合物进行振动筛分得到铝箔碎片和磷酸铁锂粉末，如图4所示。同样的，负极材料的颗粒混合物振动筛分后获得铜箔碎片和碳粉粉末。对分离后的产物分别进行回收处理，实现废动力锂电池的绿色回收。
优选的，在完成上述振动筛分后，破碎完全的正极片/负极片已直接通过筛孔收集，对未破碎完全或未分离完全的正极片/负极片可通过振动筛回收，从而对获得的分离产物进行捡分，重复步骤(4)至步骤(6)的操作，保证正/负极片的破碎率及表面涂层的剥离率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种废动力锂电池的绿色回收工艺，其特征在于：该工艺主要包括以下步骤：
(1)：切割分解废动力锂电池的外壳，得到电池内芯，外壳和极耳直接回收；
(2)：对电池内芯进行烘干处理，烘干温度为100℃～140℃，烘干时间为100min～120min；
(3)：对步骤(2)中烘干后的电池内芯进行解卷，将分解后的正极片、负极片分开收集，分解后的隔膜直接回收；
(4)对正极片/负极片单独进行烘干处理，烘干温度为300℃～360℃，烘干时间为60min～90min；
(5)：对经过步骤(4)中烘干后的正极片/负极片进行冲击式破碎；
(6)：对步骤(5)中破碎后的正极/负极产物进行振动筛分，获得相应的分离产物。
2.根据权利要求1所述的一种废动力锂电池的绿色回收工艺，其特征在于：在步骤(1)中，在对废动力锂电池的外壳进行切割分解前，对废动力锂电池进行穿孔放电。
3.根据权利要求1所述的一种废动力锂电池的绿色回收工艺，其特征在于：在步骤(2)中，电池内芯烘干处理的烘干温度为120℃，烘干时间为120min。
4.根据权利要求1所述的一种废动力锂电池的绿色回收工艺，其特征在于：在步骤(4)中，正极片/负极片烘干处理的烘干温度为330℃，烘干时间为60min。
5.根据权利要求1所述的一种废动力锂电池的绿色回收工艺，其特征在于：在步骤(5)中，正极片/负极片的破碎比为90％以上。
6.根据权利要求1所述的一种废动力锂电池的绿色回收工艺，其特征在于：步骤(6)之后，对获得的分离产物进行捡分，对未破碎完全或未分离完全的正极片/负极片重复步骤(4)至步骤(6)的操作。
7.根据权利要求1所述的一种废动力锂电池的绿色回收工艺，其特征在于：在步骤(2)中，对电池内芯烘干过程中挥发出的电解液进行收集处理。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113270659A (zh) * 2021-05-12 2021-08-17 湖北融通高科先进材料有限公司 一种两步法回收磷酸铁锂材料的方法
CN113422120A (zh) * 2021-04-29 2021-09-21 马鞍山海森控电气有限公司 非破坏式锂电池回收方法
CN114243147A (zh) * 2021-12-20 2022-03-25 武汉蔚能电池资产有限公司 一种锂电池回收装置及锂电池回收方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102017276A (zh) * 2009-12-28 2011-04-13 深圳市雄韬电源科技股份有限公司 废旧磷酸铁锂动力电池的回收利用方法
CN103346365A (zh) * 2013-07-22 2013-10-09 田东 一种从废旧锂离子电池中对负极材料循环再生利用的方法
CN104183888A (zh) * 2014-09-11 2014-12-03 天津理工大学 一种废旧磷酸铁锂动力电池绿色回收处理的方法
CN105826629A (zh) * 2016-05-13 2016-08-03 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种废旧锂电池全组分物料分离收集装置及方法
CN107086334A (zh) * 2017-03-14 2017-08-22 北京赛德美资源再利用研究院有限公司 一种废旧动力锂电池自动化拆分全组分洁净回收方法
CN108832216A (zh) * 2018-06-14 2018-11-16 合肥工业大学 一种废旧动力锂电池回收的前处理方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102017276A (zh) * 2009-12-28 2011-04-13 深圳市雄韬电源科技股份有限公司 废旧磷酸铁锂动力电池的回收利用方法
CN103346365A (zh) * 2013-07-22 2013-10-09 田东 一种从废旧锂离子电池中对负极材料循环再生利用的方法
CN104183888A (zh) * 2014-09-11 2014-12-03 天津理工大学 一种废旧磷酸铁锂动力电池绿色回收处理的方法
CN105826629A (zh) * 2016-05-13 2016-08-03 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种废旧锂电池全组分物料分离收集装置及方法
CN107086334A (zh) * 2017-03-14 2017-08-22 北京赛德美资源再利用研究院有限公司 一种废旧动力锂电池自动化拆分全组分洁净回收方法
CN108832216A (zh) * 2018-06-14 2018-11-16 合肥工业大学 一种废旧动力锂电池回收的前处理方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113422120A (zh) * 2021-04-29 2021-09-21 马鞍山海森控电气有限公司 非破坏式锂电池回收方法
CN113270659A (zh) * 2021-05-12 2021-08-17 湖北融通高科先进材料有限公司 一种两步法回收磷酸铁锂材料的方法
CN114243147A (zh) * 2021-12-20 2022-03-25 武汉蔚能电池资产有限公司 一种锂电池回收装置及锂电池回收方法
CN114243147B (zh) * 2021-12-20 2024-06-25 武汉蔚能电池资产有限公司 一种锂电池回收装置及锂电池回收方法

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