CN113330129A - 可规模化直接回收电池的方法和*** - Google Patents

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Abstract

一种方法，其包括将至少一个电池处理成多个芯部。多个芯部中的各芯部包括负极部、包括正极材料的正极部、布置在负极部和正极部之间的隔板部和电解质。所述方法还包括将多个芯部设置到溶剂中以产生来自多个芯部的正极材料的混合物。所述溶剂和所述电解质形成离子传导介质，并且所述正极材料的混合物特征在于活性元素在正极材料中的基本上均匀的分布。

Description

可规模化直接回收电池的方法和***
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年11月28日提交的和名称为“METHODS AND SYSTEMS FOR可规模化直接RECYCLING OF BATTERIES”的美国专利申请No.62/772,243的优先权，该美国专利申请的公开内容以其整体并入本文中作为参考。
技术领域
本公开内容总体上涉及用于回收储能装置和特别地回收(再生，recycle)锂离子电池(battery)及其组件的***、设备和方法。
背景技术
锂离子电池具有高的功率和能量密度、长循环寿命、高电位和低的自放电率。结果，它们通常被视为对于短期能量储存最具前景的途径和被广泛地用于消费电子器件、电动车和电网能量储存中。然而，锂离子电池还具有若干缺点，它们包括电池材料供应的限制、在生产或寿命结束期间的环境危害和高的制造成本。
发明内容
公开了用于回收储能装置的***、设备和方法。在一些实施方式中，方法包括将至少一个电池处理(加工)成多个芯部。多个芯部中的各芯部至少包括至少包含负极材料的负极部、至少包括正极材料的正极部、布置在负极部和正极部之间的隔板部和电解质。该方法还包括将多个芯部设置在溶剂中以从多个芯部产生正极材料的混合物和其它组分。溶剂和电解质形成离子传导介质，并且正极材料的混合物特征在于活性元素在正极材料中的基本上均匀的分布。
在一些实施方式中，***包括第一装置和第二装置。第一装置配置成将至少一个电池处理成多个芯部，并且多个芯部中的各芯部包括负极部、包括正极材料的正极部、布置在负极部和正极部之间的隔板部、和电解质。第二装置配置成接收多个芯部并且将多个芯部分散或溶解以从多个芯部产生正极材料的混合物。溶剂和电解质形成离子传导介质，并且正极材料的混合物特征在于活性元素在正极材料中的基本上均匀的分布。
在一些实施方式中，回收至少一个电池的方法包括将多个锂离子电池切割成多个芯部。多个锂离子电池中的第一锂离子电池具有第一荷电状态(SOC)和多个锂离子电池中的第二锂离子电池具有不同于第一SOC的第二SOC。多个芯部中的各芯部包括包含负极材料的负极部、包含正极材料的正极部、布置在负极部和正极部之间的隔板部、和电解质。该方法还包括将多个芯部设置到溶剂中以从多个芯部产生负极材料和正极材料的混合物。溶剂和电解质形成离子传导介质，并且负极材料和正极材料的混合物包括正极材料中活性元素的非化学计量化合物并且特征在于活性元素在正极材料中的基本上均匀的分布。该方法进一步包括从负极材料和正极材料的混合物提取正极材料并且将提取自负极材料和正极材料的混合物的正极材料再锂化以产生电池级正极材料。
应当认识到，下文更详细地讨论的前述概念和另外概念(条件是这样的概念并不相互矛盾)的所有组合被考虑为本文中公开的发明主题的部分。特别地，在本公开末尾处出现的所要求的主题的所有组合被考虑为本文中公开的发明主题的部分。还应当认识到，本文中明确使用的术语(也可在通过引用并入的任何公开内容中出现)应当符合与本文中公开的特定(下位)概念最吻合的含义。
其它***、工艺和特征对于本领域技术人员在查看下面的图和详细描述时将变得显然。希望，包括在本说明书内的所有这样的另外***、工艺和特征应当在本发明范围内并且通过附随的权利要求进行保护。
附图说明
技术人员将理解，图主要用于说明意图并且不希望限制本文中描述的发明主题的范围。图不必是按比例的；在一些情形中，本文中公开的发明主题的各个方面可在图中夸大或放大显示以便于不同特征的理解。在图中，相同符号通常表示相同特征(例如功能近似和/或结构近似的元件)。
图1为说明按照一些实施方式的回收电池正极材料的方法的流程图。
图2为说明按照一些实施方式的可规模化直接回收电池的方法的流程图。
图3A和3B分别说明按照一些实施方式的电池的失活和荷电状态评估。
图4A-4D说明按照一些实施方式将电池处理成多个芯部的方法。
图5A-5C显示按照一些实施方式的可经由图4A-4D中说明的方法处理成多个芯部的电池的示意图。
图6为说明按照一些实施方式的电池在直接回收中化学过程和分离的方法的流程图。
图7说明按照一些实施方式的电池在直接回收中化学过程和分离的***。
图8A-8C说明按照一些实施方式的电池在可规模化直接回收期间的锂平衡过程。
图9A-9C说明按照一些实施方式的以片材形式的电极的锂平衡过程。
图10A和10B说明按照一些实施方式的再锂化方法。
图11为说明按照一些实施方式的电池在直接回收中化学过程和分离的方法的流程图。
具体实施方式
为解决与锂离子电池相关的缺陷，可使用锂离子电池的回收来减少总寿命能耗、电池材料需求和制造成本。例如，在电池生产期间，铝和正极材料的加工典型地分别占从摇篮到大门(从生产到出库cradle-to-gate)的能耗或温室气体(GHG)排放的大约一半和10％-14％。因此，回收铝和正极材料可显著减少电池生产的能耗和GHG排放。
电池的回收可经由至少三种途径实施：熔炼回收、湿法冶金回收和直接回收。在熔炼电池回收中，直接熔炼寿命结束的电池以从熔炼炉底部收取典型地以合金形式的有价值的金属例如Co、Ni和Cu。通常进行浸出工艺以分离收取的金属。
可使用熔炼以从包括LiCoO2、LiMn2O4和LiNixMnyCozO2(其中x+y+z＝1)的若干种正极材料中经济地收取一些元素(例如Co、Mn、Ni等)。在一些实施方式中，x、y或z的任一个可为零。然而，经由熔炼回收LiFetM1-tPO4(LFMP)正极通常在经济上不是有利的，其中M＝Mn、Ni、Co、V或金属元素或多种金属元素的组合，因为从LFMP电池收取的金属较不具价值。另外，在熔炼期间的锂和铝通常以在炉渣中告终。典型地进行大量和昂贵的加工以在金属可将用于构造新的电池之前分离金属。此外，熔炼工艺本身经常产生大量废气，从而由于随后的废弃物处理而增大总成本。
湿法冶金回收工艺在进一步加工前分离和/或离析电池成分。该途径还可适用于回收Ni-MH电池。对于锂离子电池，锂最后作为Li2CO3收取并且还可收取其它主要材料例如Co、Ni和Al。对于Ni-MH电池，可收取稀土和镍。尽管湿法冶金回收不涉及高温和高容量，这样的途径改变电池正极材料的形态，从而使得正极材料在不进一步加工的情况下不适合再利用。关于湿法冶金回收的更多信息可见于名称为“Reintroduction of lithiumintorecycled battery materials”的美国专利No.8,846,225中，该专利以其整体特此并入作为参考。
相较于上述的两种途径，电池的直接回收可收取有价值的正极材料以及负极材料、集流体、粘合剂和电解质。该途径仅包括低温工艺并且可保存有价值材料的结构、形态和电化学性质。一些直接回收方法包括在收取电极材料前将电池物理拆解成单独组件。例如，电池的正极、负极和隔板可在负极/正极材料能够经由化学过程收取前分离。这样的电池物理分离通常是耗时的并且使得其对于在大规模上回收电池具挑战性。
为增大直接回收效率和将直接回收规模化到工业水平，本文中描述的方法和***使用如下的可规模化直接回收技术：其可在电极材料收取前在没有将正极与负极物理分离的情况下回收电池。在该技术中，电池首先加工成较小的部件(也称为芯部)，其各自包括负极部、正极部、隔板和电解质。该过程可经由例如冲孔机(参见例如下图4A-4D)在大规模上进行。
单独部件然后经历溶剂中的化学过程，其可溶解将电极材料结合到相应的集流体的粘合剂并且产生来自芯部的正极材料的混合物(通常还包括来自芯部的负极材料)。溶剂和电解质还形成离子传导介质，其可促进正极材料中的活性元素(例如锂、质子和/或羟基)在混合物内的迁移(转移)。该迁移可使活性元素在正极材料内的分布基本上均匀化。来自化学过程的正极材料在活性元素的比率方面通常是缺乏的(例如缺锂)。然而，这样的缺乏不影响回收技术的总效率，因为只要活性元素的分布在正极材料内是均一的，可容易地进行进一步加工(例如再锂化)以补充活性元素，以产生电池级正极材料。
由于本文中描述的技术中的各步骤可容易地按比例放大(规模化)，整个回收过程也能够大规模实施。另外，活性元素在化学过程期间的迁移容许同时回收不同荷电状态中的电池，从而消除一些其它回收技术中测定荷电状态的昂贵和耗时的步骤。
图1为说明按照一些实施方式的回收电池正极材料的方法100的流程图。典型地，电池成本由电池组件材料成本(例如约50％或更多)占主导，电池组件材料成本进而由正极材料成本占主导。例如，电池中的正极材料的价值可为该电池中其它构成元件的约2-4倍。因此，经由方法100回收正极材料可对成本节省具有显著贡献。
方法100包括在110处将一个或多个电池处理成多个芯部，其各自包括负极部、包括正极材料的正极部、布置在负极部和正极部之间的隔板部和电解质。各芯部可还包括集流体部，例如连接到负极部的第一集流体部和连接到正极部的第二集流体部。也就是说，在110处的处理将各电池组件(例如负极、正极、隔板和集流体)转化成多个部件。
在一些实施方式中，各芯部包括一个负极部和一个正极部。在一些实施方式中，各芯部可包括多个负极部和多个正极部。例如，电池可具有卷芯(jellyroll)构型并且在110处的处理可以垂直于圆柱侧壁切割电池(参见例如图5A)。结果，来自在110处的处理的各芯部还包括具有多个负极和正极的层的卷芯。在另一实例中，电池可具有包括电池单元(cell)的堆叠体的棱柱构型，并且各堆叠体包括负极、正极和隔板(参见例如图5B)。在110处的加工可沿着堆叠体深度切割电池，从而产生包括多层负极/正极/隔板组合的芯部。因此，可实施方法100而不管电池构型为何，在实践中展现大的灵活性。
在一些实施方式中，正极部和/或负极部包括活性材料、导电材料(例如导电碳)、粘合剂和集流体的至少一个。在一些实施方式中，各芯部可包括负极部、正极部、隔板、或电解质的至少一个。在一些实施方式中，各芯部可只包括正极部。在一些实施方式中，各芯部可只包括负极部。在一些实施方式中，各芯部可只包括：(1)电解质和(2)正极部或负极部。在一些实施方式中，各芯部可只包括(1)电解质、(2)隔板和(3)正极部或负极部。在一些实施方式中，各芯部可另外包括电池包装材料。
在一些实施方式中，在110处的处理包括在切割至少一个电池前使至少一个电池变形以便于将至少一个电池切割成多个芯部。例如，具有卷芯构型的电池在切割前可在切割方向上压缩以形成变形的电池。在切割方向上变形的电池的厚度可与近似尺寸的棱柱电池的厚度近似。结果，各电池在切割方向上的近似厚度便于同时切割多个电池，从而改善加工效率。
方法100还在120处包括将芯部设置到溶剂中以产生来自芯部的正极材料的混合物，即来自不同芯部的混合在一起形成混合物的正极材料。该混合物可还包括其它材料，例如负极材料、粘合剂、隔板和集流体。然而，为了说明意图，本文中的描述聚焦于正极材料。关于将正极材料与其它材料分离的更多细节可参考图6和7见于下文。溶剂和电解质形成离子传导介质，并且正极材料的混合物由于通过离子传导介质促进的活性元素(或其离子)在混合物内的迁移而特征在于活性元素在正极材料中的基本上均匀的分布。在一些实施方式中，离子传导介质还为电子传导的。
可实施方法100以收取各种正极材料。在一些实施方式中，所述正极材料可包括富钴材料例如LiCoO2。在一些实施方式中，所述正极材料可包括富镍材料例如LiNixMnyCozO2(其中x+y+z＝1)或以更概括的形式LiNiaMnbCocAdO2，其中A＝Al、Zr、Mg等，a+b+c+d＝1。在一些实施方式中，所述正极材料可包括L-M-O体系例如LiMnyO4。在一些实施方式中，所述正极材料可包括LiFetM1-tPO4。
在一些实施方式中，所述正极材料可包括由第二材料涂覆的第一材料。例如，所述正极材料可包括被Al2O3涂覆的LiCoO2。在一些实施方式中，所述正极材料可包括掺杂有第二材料(还称为掺杂剂)的第一材料(还称为主体(host)材料)。例如，所述正极材料可包括LiMn2-xAlxO4-y。本领域中知晓的任何其它适当正极材料还可在本文中使用。
在一些实施方式中，电池正极包括由本文中描述的且与碳和粘合剂(例如聚偏二氟乙烯或PVDF)混合的任意正极材料制成的膜。该膜然后可布置在集流体(例如铝或铜)上。在电池寿命结束时，所述正极材料可缺乏活性元素(例如锂)。使用LiCoO2作为实例，所述正极材料可记为LixCoO2，其中x小于1(即x<1)。在另一实例中，所述正极材料可包括LiNiaMnbCocAdO2，其中A＝Al、Zr、Mg等，a+b+c+d＝1，并且在电池寿命结束时所述正极材料可记为LixNiaMnbCocAdO2，其中x小于1。
电池中负极部的负极材料也可具有多种选项。在一些实施方式中，负极材料包括石墨。在一些实施方式中，负极材料包括锡、锡钴合金、硅、或氧化硅。在一些实施方式中，负极材料包括Li4Ti5O12。在一些实施方式中，电池负极可由与粘合剂(例如PVDF)混合且布置在负极集流体(例如铜或铝)上的石墨形成。
在一些实施方式中，电池中的电解质可包括有机溶剂中的基于锂的盐。基于锂的盐可为例如LiPF6。有机溶剂可包括例如，碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙甲酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸亚丙酯(PC)和/或它们组合。
方法100中使用的溶剂配置成溶解电极(包括正极和负极)中的粘合剂并且进一步配置成与电解质形成离子传导介质。在一些实施方式中，溶剂可包括可溶解粘合剂的极性溶剂例如PVDF。这样的极性溶剂的实例可包括二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和二甲基乙酰胺(DMAc)等。在一些实施方式中，溶剂可包括可溶解水溶性粘合剂的水。这样的粘合剂的实例可尤其包括聚(环氧乙烷)(PEO)和羧甲基纤维素(CMC)。
一个或多个电池在方法100的步骤110处可经由各种技术处理成多个芯部。在一些实施方式中，可使用冲孔机将电池切割成部件(参见例如图4A-4D)。在一些实施方式中，电池可经由激光切割机进行切割。在一些实施方式中，电池可经由水喷射切割机进行切割。
在一些实施方式中，在110处的处理通过旋转切割轮进行。在一些实施方式中，在110处的处理通过沿着垂直于各芯部堆叠体的深度的方向移动的飞刀或锯片进行。
经由方法100回收的各电池可处理成任何适当数量的芯部。一方面，增加由各电池产生的芯部数量可增大各芯部与溶剂的接触面积(或接触面积对体积的比率)。另一方面，将电池切割成太多部件可引入不期望的碎屑(debris)和杂质。由各电池产生的芯部数量可还取决于电池尺度(例如较大数量的芯部可由较大电池产生)。在一些实施方式中，由各电池产生的芯部数量可为约2到约50(例如约2、约3、约5、约10、约20、约30、约40、或约50，包括其间的任何值和子范围)。
由方法100中的步骤120产生的正极材料特征在于活性元素基本上均匀的分布。如本文中使用的，活性元素基本上均匀的分布是指其中形成正极材料的化合物中活性元素的原子比基本上相同的情形。例如，正极材料可包括LixCoO2，其中x等于1(例如完全锂化)或小于1(即缺锂)，并且在步骤120后产生的正极材料中不同的LixCoO2分子具有基本上相同的x。
在一些实施方式中，活性元素的均匀分布可以原子比分布的标准偏差为特征。例如，所述正极材料可包括LixCoO2并且x标准偏差可基本上等于或小于0.1(例如约0.1、约0.09、约0.08、约0.07、约0.06、约0.05或更小，包括其间的任何值和子范围)。在一些实施方式中，x平均值可记为x0并且各LixCoO2分子中的x可在与x0相差约10％(约10％、约9％、约8％、约7％、约6％、约5％、约4％、约3％、约2％、约1％或更小，包括其间的任何值和子范围)以内，即在0.9x0和1.1x0之间，以形成均匀的活性元素分布。以上定义可类似地适用于本文中描述的任何其它正极材料。
为实验评估活性元素在正极材料中的分布，可使用至少两种方法。在一些实施方式中，混合物中不同位置处的正极材料可被取样并且使用例如电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)表征以测量活性元素的原子比。在一些实施方式中，可使用X-射线断层摄影术测量单独粒子在微尺度上的活性元素均匀性。
在一些实施方式中，可使用方法100分批回收具有不同荷电状态的电池。例如，电池可包括第一荷电状态下的第一电池和具有第二荷电状态的第二电池。在步骤120后，将来自这些不同电池的正极材料混合在一起以形成混合物并且在步骤120期间发生的迁移过程可使活性元素(例如Li)的分布基本上均匀化。步骤120后的正极材料然后可再锂化以形成电池级正极材料。
在一些实施方式中，可使用方法100分批处理具有不同的活性元素缺乏度的电池。例如，电池可包括具有记为Lix1CoO2的第一正极材料的第一电池和具有记为Lix2CoO2的第二正极材料的第二电池，其中x1不同于x2。方法100可产生具有均匀的锂分布的第一正极材料和第二正极材料的混合物(例如Lix3CoO2，其中x3不同于x1和x2)并且制备用于随后的再锂化的正极材料。
在一些实施方式中，活性元素的不均性可在回收前的单个电池内发生。在这些情形中，来自不同芯部的正极材料可具有不同的活性元素缺乏度并且方法100可使活性元素分布基本上均匀化且制备用于随后的再锂化的正极材料。
在一些实施方式中，在步骤120期间活性元素的迁移可通过由溶剂和电解质形成的离子传导介质中的一种或多种添加剂改善。在一些实施方式中，添加剂可包括来自芯部负极部的导电碳。在这些情形中，负极部可包括石墨。在一些实施方式中，添加剂可包括加入到溶剂中的导电碳。例如，碳粉末可加入到溶剂以增大所得离子传导介质的导电性。在一些实施方式中，添加剂可包括加入到溶剂以改善介质的离子导电性的锂盐。
在一些实施方式中，在步骤120期间活性元素的迁移可通过超声混合而改善。在这些情形中，可使用超声换能器将超声波传递到容纳离子传导介质的器皿中以增大迁移效率。
在一些实施方式中，方法100可进一步包括搅拌离子传导介质。在一个实例中，可使用摇摆平台来保持容纳离子传导介质的器皿并且致使器皿进入摇摆运动以增大迁移效率。在另一实例中，一个或多个叶轮或叶片可连接到容纳离子传导介质的器皿并且配置成搅拌离子传导介质。
在一些实施方式中，方法100可进一步包括提高离子传导介质的温度以增大迁移效率。例如，加热器可连接到容纳离子传导介质的器皿以加热离子传导介质。在一些实施方式中，可使用本文中描述的改善迁移效率的技术的任意组合。在一些实施方式中，方法100可进一步包括除去和补充溶剂以控制电解质、负极材料、正极材料和污染物(例如溶解的电极粘合剂)的浓度。
在一些实施方式中，方法100可在没有电化学过程的情况下实施。如本文中使用的，电化学过程指的是由电流通过导致或与之相伴的和涉及两种物质间的电子转移的过程。在这些情形中，使用方法100制备具有活性元素的均匀分布的正极材料并且这些正极材料可进一步在大规模上补充活性元素。
在一些实施方式中，正极材料的混合物进一步包括其它组分，例如负极材料、集流体和隔板。在这些情形中，可从所述混合物中提取正极材料用于进一步加工(例如再锂化)。在一些实施方式中，正极材料(例如含锂化合物)和负极材料(例如基于碳的材料例如石墨)具有不同密度并且因此它们可使用基于密度的分离工艺(例如离心分离)而彼此分离。例如，负极活性材料可包括具有约2g/cc密度的石墨并且正极材料可包括具有约4-5g/cc密度的金属氧化物。这样的密度差容许基于密度的分离工艺产生具有均一但非化学计量的锂量的正极活性材料。
在一些实施方式中，正极材料从其它组分的分离包括过滤技术。在这些情形中，正极材料具有与其它组分的一些不同的粒度。例如，过滤技术可包括使用一个或多个孔尺寸不同的筛网的一个或多个筛分步骤。在一些实施方式中，过滤技术包括使用超声换能器将粒子附聚物解散。在一些实施方式中，可使用超声换能器将正极材料与混合物的其它组分分离。例如，使用这样的超声换能器可将正极材料与集流体或隔板物理分离。可使用篮网或其它过滤装置将集流体、隔板、或其它较大的部件滤除。
在一些实施方式中，正极材料的分离过程可在溶剂中进行。在一些实施方式中，溶剂为水。在其它实施方式中，溶剂为有机溶剂，其包括但不限于DMF、NMP、乙醇、甲醇、异丙醇、丙酮、EC、DMC、EMC、DEC和PC。在一些实施方式中，可加入添加剂以促进分离过程。在一些实施方式中，添加剂改变溶液的pH。在一些实施方式中，添加剂使溶液的pH升高。在一些实施方式中，添加剂为LiOH、NaOH、或近似添加剂。在一些实施方式中，可加热溶剂以增大分离速率或效率。
在一些实施方式中，正极材料的分离过程包括溶解技术。正极材料、负极材料、集流体、电解质和/或隔板的混合物中的某些组分可优先溶解在溶剂中。这些组分可溶解并且与混合物的其余组分分离。例如，可使用氨水溶液溶解Cu和/或Al集流体或其它组分并且从混合物中除去。在另一实例中，可将LiOH、NaOH或近似添加剂在水中的溶液用于来自混合物中的Al集流体或其它组分。在一些实施方式中，可加热混合物以增大分离速率或效率。
在一些实施方式中，正极材料与其它组分的分离可经由疏水性分离技术(还称为浮选分离或泡沫浮选)进行。浮选分离使用与促进其它材料疏水性的提升剂(例如煤油)和发泡剂(例如长链醇、4-甲基-2-戊醇、松油)混合的溶剂(例如极性溶剂例如水)。提升剂优先粘合到疏水组分。将溶剂充气以产生主要包括提升剂、发泡剂和疏水组分的泡沫。经由刮擦或其它表面收集机构将泡沫从溶液分离。然后将亲水组分从溶液单独收集。在这些情形中，正极材料与其它组分的一些具有不同的疏水性水平。例如，正极材料例如LiCoO2往往是亲水的，而一些负极材料例如石墨往往是疏水的。因此，负极材料可从泡沫除去并且正极材料从泡沫下面的溶液收集。在一些实施方式中，可使用其它添加剂例如pH调节剂(例如碳酸钠、氢氧化钠、碳酸锂和氢氧化锂)、抗絮凝剂和抑制剂(用于增大某些化合物例如石灰、***和糊精的亲水性)来进一步促进分离。
在一些实施方式中，正极材料与其它组分的分离可经由加热技术进行。加热技术(还称为加热处理)包括将正极材料和其它组分的混合物加热到用以促进混合物的某些组分降解或蒸发的温度。在一些实施方式中，将某些组分降解为一种或多种气态化合物。例如，将混合物加热到特定温度(例如400摄氏度)或更高可将粘合剂(例如PVDF)、电解质(例如EC、DMC、EMC、DEC和PC)、溶剂(例如在其它分离工艺中或在方法100的步骤120处使用的那些溶剂)和/或隔板(例如聚乙烯或聚丙烯)降解或蒸发。这样的降解或蒸发可形成可从液体混合物分离的其它化合物。在一些实施方式中，将混合物加热到约400、500、600、700或800摄氏度和更高的温度。在一些实施方式中，将混合物在空气中加热。在一些实施方式中，将混合物在相对惰性或中性气氛(例如N2、Ar、He等)中加热。在一些实施方式中，将混合物在还原气氛(例如CO/CO2、N2中的H2、Ar或H2O)中加热。
在一些实施方式中，正极材料从其它组分的分离可经由涡电流技术进行。涡电流技术使用将正极材料的混合物和其它组分迁移到一种或多种旋转的磁性材料的输送***。旋转的磁性材料形成使正极材料的混合物和其它组分磁化到不同磁化水平的感应磁场。然后通过强磁体将正极材料的混合物和其它组分逐出到不同位置，所述强磁体随组分的电子传导率对密度的比率以不同程度吸引或排斥不同组分。在这些情形中，正极材料具有与其它组分不同的电子传导率对密度的比率并且因此逐出到与其它组分位置分开的位置。
在一些实施方式中，方法100可进一步包括在将电池处理成多个芯部前使电池失活。在一些实施方式中，失活可通过将电池布置到导电粉末中使得各电池的正极和负极两者均与导电粉末电接触(参见例如下图3A)而进行。在一些实施方式中，失活可通过将电池布置到导电流体中使得各电池的正极和负极两者均与导电流体电接触而进行。结果，电池被放电。在一些实施方式中，导电流体可包括导电粉末和溶剂。在一些实施方式中，导电粉末可在使用期间悬浮在溶剂中。导电粉末可包括例如碳、金属、导电氧化物、或任何其它适当导电材料。溶剂可包括例如硅油、烹调油、乙二醇、或任何其它适当溶剂。
在一些实施方式中，溶剂包括水。在一些实施方式中，添加剂例如缓冲剂或其它pH-调节添加剂可加入到含水溶剂。添加剂可提高含水溶剂的pH以抑制腐蚀。另外，所述溶剂的基本性质可中和可由电池释放的酸性化合物或酸形成化合物。在一些实施方式中，电池可完全浸没在导电粉末或浆料中。
放电速率通常取决于导电粉末的导电性(或电阻率)。因此，可使用不同导电粉末调节放电速率。在一些实施方式中，导电粉末包括金属(例如铝粉末、铁粉末、铜粉末、不锈钢粉末等)。在一些实施方式中，导电粉末包括碳(例如石墨粉末、炭黑纳米粉末、或碳纳米管等)。在一些实施方式中，导电粉末包括导电氧化物(例如氧化铟锡(ITO)、ZnO、In2O3、SnO2、氧化镍和氧化锰等)。在一些实施方式中，通过引入非导电或导电液体可修饰(改变)导电粉末性质(例如电导性或堆积密度)以调节导电性。在一些实施方式中，导电粉末可包括本文中描述的材料的任何组合。
在一些实施方式中，可进一步修饰导电粉末以增大其与使用的溶剂的亲和性。例如，在含水溶剂中，可将基于碳的导电粉末氧化或极性化以形成在含水溶剂中较均匀地分散的较不疏水的化合物。该较均匀的导电粉末分布可增大溶液的导电性。
在一些实施方式中，失活使用本文中描述的导电流体进行。在这些情形中，导电流体的导电性(和对应的放电速率)可通过粘度、导电粉末在导电流体中的浓度和/或溶剂材料而调节。例如，电子传导率可相对于粘度的增大而增加直至达到平台。离子导电性还可相对于粘度的增大而增加直至达到拐点，在拐点后离子导电性开始降低。
在一些实施方式中，方法100可进一步包括在将电池处理成多个芯部前评估电池的放电状态。在一些实施方式中，进行该评估是为了测定电池是否完全放电以容许在方法100中的步骤110处安全切开。在这些情形中，可使用导电钉刺穿电池(参见例如下图3B)。若电池通过这样的测试(例如不冒烟或着火)，则然后将电池处理成多个芯部。然而，若电池通不过该测试，则可将电池布置到用于危险控制的盐水中并且进一步放电。
在一些实施方式中，放电状态的评估使用电压测量技术进行。在一些实施方式中，电压测量技术包括将导电探针遍及放电介质放置。电池的放电状态可使用有限单元分析或其它适当方法由在各探针处测量的电压评估。在其它实施方式中，电压测量技术包括用于评估电池的放电状态的非接触电压扫描工具。
在一些实施方式中，放电状态的评估使用电流测量技术进行。放电状态的变化可与电流相关。在一些实施方式中，使用霍尔效应传感器评估放电状态。
方法100的以上描述大部分使用锂离子电池作为仅用于说明意图的实例。实践中，可使用方法100回收任何其它适当类型的储能装置。例如，可使用方法100回收电容器、包括锂离子电容器和超级电容器(还称为超电容器)。
图2为说明按照一些实施方式的可规模化直接回收电池的方法200的流程图。方法200在210处包括使电池(例如寿命结束的电池和/或有缺陷的电池产品)失活以在电池的随后加工期间确保安全性。失活可通过(例如使用如本文中描述的导电粉末或流体)将电池短路以使电池完全放电而实现。对于电池组件废弃物(例如有缺陷的电极片材、残留浆料)，这些废弃物的回收可始于220或230。
在210之前或之后，可通过元素分析工具(例如X-射线荧光)将电池按照正极材料分类。正极材料中的元素可在拆除或不拆除袋覆盖物(pouch cover)的情况下确认。具有相同正极材料的电池可分组在一起以用于进一步加工。
方法200还在220处包括物理拆卸电池。在一些实施方式中，电池包括棱柱电池单元并且将这些单元电池(cell)的袋在220处切割和除去。在一些实施方式中，电池包括圆柱单元电池并且将这些电池的壳体在220处切割和除去。另外，各电池还处理成多个芯部并且这样的处理可与本文中描述的方法100中的步骤110基本上类似。在一些实施方式中，各芯部至少包括负极部、正极部和布置在其间的隔板。步骤220的输出包括：(1)收集的袋和/或壳体材料；和(2)用于随后加工的芯部。
然后将来自220的芯部在230处加工，230包括化学过程和分离。在此步骤处，将芯部布置在溶解电极粘合剂的溶剂中，得到集流体、正极材料、负极材料、电解质和隔板的混合物。正极材料的活性元素在230(类似于本文中描述的方法100中的步骤120)期间基本上均匀化。均匀化的正极材料可经由离心工艺提取。还可分离和回收金属部分(例如Al或Cu集流体)、隔板和电解质。化学过程和分离过程的更多细节参考图6和7在下文提供。
在240处，加工正极材料以产生电池级正极材料。如本文中描述的，产生自230的正极材料通常是缺活性元素的并且使用在240处的材料加工补充活性元素。例如，对于锂离子电池，材料加工240可将正极材料再锂化。材料加工的更多细节在下文提供(例如参考图10A-10B)。
图3A-3B分别说明按照一些实施方式的电池的失活和荷电状态评估。图3A说明使电池330失活的方法300。在方法300中，将电池的分别电连接到正极和负极的两个接片335a和335b(还称为两个引线335a和335b)布置在容纳在容器310中的导电粉末320中。导电粉末320配置成将电池330短路以使电池330完全放电，从而在电池330随后加工期间确保安全性。
方法300中的放电速率可取决于导电粉末320的电阻(或导电性)。实践中，导电粉末320的电阻可通过选择粉末材料和/或粉末粒度而调节。也就是说，使用不同的粉末材料和/或粉末粒度可控制电池330的放电速率。
在一些实施方式中，导电粉末包括金属(例如铝粉末、铁粉末、铜粉末、不锈钢粉末等)。在一些实施方式中，导电粉末包括碳(例如石墨粉末、炭黑纳米粉末、或碳纳米管等)。在一些实施方式中，导电粉末包括导电氧化物(例如氧化铟锡(ITO)、ZnO、In2O3、SnO2、氧化镍和氧化锰等)。
导电粉末320的粒度可为例如约200nm到约1cm(例如约200nm、约300nm、约500nm、约1μm、约2μm、约3μm、约5μm、约10μm、约20μm、约30μm、约50μm、约100μm、约200μm、约300μm、约500μm、约1mm、约2mm、约3mm、约5mm、或约1cm，包括其间的任何值和子范围)。
仅为了说明意图，图3A显示电池330具有棱柱构型。在一些实施方式中，电池330可具有任何其它适当构型，例如圆柱构型。在这些情形中，整个电池330可浸渍到导电粉末320中使得电池330的两个电极经由导电粉末320彼此电连接。在一些实施方式中，对于失活，方法300可使用如本文中描述的导电流体代替导电粉末320、或除了导电粉末320外还使用如本文中描述的导电流体。
图3B说明测试电池330的放电状态的方法301。在方法301中，使用导电针350穿透电池330以具有与电池330的两个电极的电接触。在一些实施方式中，导电针350可替换为钉或任何其它适当工具。该穿透过程可用作图3A中说明的失活方法300的安全性保证和质量控制。在一些实施方式中，在方法301期间分别使用烟雾检测器或气体传感器检测烟雾和气体。在电池330在失活300和/或放电状态测试301期间故障(例如电池330着火)的情况中，可将故障的电池300立即浸渍在液体(例如盐水)中以阻止火或烟雾。
图4A-4D说明按照一些实施方式的将电池470处理成多个芯部475的方法400。方法400使用设备401实施，设备401包括经由两个弹簧420连接到基底430的模具410、沿着两个引导柱450(还称为引导杆450)可活动的冲压机440(还称为切割机440或刀片440)。将电池470放置在保持器460上用于处理。在一些实施方式中，将电池470的袋或壳体在将电池470放置在保持器460上前除去。
图4A显示电池470朝向模具410前进到使得电池470的至少一部分在模具410的正上方。在此步骤处，模具410是打开的并且弹簧420是延伸的(即未压缩)。在一些实施方式中，电池470可朝向模具410手动前进。在一些实施方式中，可使用输送机或推动器(图4A中未显示)将电池470放置在冲压机440下方。
图4B显示冲压机440通过沿着引导柱450向下移动而压接电池470以切割电池470。在一些实施方式中，可将冲压机440手动压向电池470。在一些实施方式中，可使用马达(图4A中未显示)控制冲压机440的运动。在一些实施方式中，可使用推动器推动电池470和使电池470逐步前进以进行冲压。在此步骤处，模具410关闭并且弹簧420压缩。
在图4C中，将冲压机440抬起并且电池470在冲压机440正底下的部分切割成多个芯部475。顺序排列的五个芯部475在图4C中说明。在一些实施方式中，冲压机440和模具410可配置成在一次冲压期间将电池470切割成任何其它数量的芯部。在一些实施方式中，冲压机440和模具410可配置成将电池470切割成芯部475的二维(2D)阵列。
在图4D中，使电池475再次前进，容许收集在先前冲压期间产生的芯部475。另外，该前进还将新的电池470部分放置在冲压机440下方以进行另一轮加工。该过程可继续直至基本上整个电池470加工成芯部。
在图4A-4D中，仅用于说明意图，仅显示一个电池470。在一些实施方式中，电池470可包括多个电池。冲压机440和模具410可配置成将多个电池470切割成2D阵列的芯部475。在一些实施方式中，芯部475可经由图4D中描述的方法除去。在一些实施方式中，保持器460包括可打开以在切割后将芯部475脱模到分离位置的孔口。
图5A-5C显示按照一些实施方式的经由图4A-4D中说明的方法可处理成多个芯部的电池的示意图。图5A显示具有圆柱构型的电池501的示意图。电池501至少包括负极511、正极521和布置在中间的隔板531。负极511、正极521和隔板531的堆叠体然后卷成容纳在壳体541(通常金属壳体)中的卷芯，从而产生圆柱构型。可实施方法400以沿着AA线或A’A’线或两者切割电池501，如图5A中说明，并且所得的各芯部可包括包含正极、负极和隔板的多个卷绕体的变短的卷芯。
图5B显示具有棱柱壳体构型的电池502的示意图。电池502包括正极512、负极522和布置在中间的隔板532。正极512、负极522和隔板532堆叠在一起以形成容纳在壳体542(通常金属壳体)中的片状结构，从而形成棱柱壳体构型。可实施方法400以沿着BB线、或B’B’线或两者切割电池502，如图5B中说明。在一些实施方式中，电池502可包括多个堆叠体结构和各堆叠体包括正极、负极和隔板。结果，由方法400产生的各芯部包括多个正极部、负极部和隔板部。在一些实施方式中，图5A-5B中说明电池501和502可在至少一端切开以使电池芯暴露，电池芯可推出以用于进一步加工(例如冲压)。
图5C显示具有棱柱袋构型的电池503的示意图。电池503包括正极513、负极523和布置在中间的隔板533。将正极513、负极523和隔板533堆叠在一起以形成容纳在袋543(通常为金属箔)中的片状结构，从而形成棱柱袋构型。可实施方法400以沿着CC线、或C’C’线或两者切割电池503，如图5C中说明的。在一些实施方式中，电池503可包括多个堆叠体结构并且各堆叠体包括正极、负极和隔板。结果，由方法400产生的各芯部包括多个正极部、负极部和隔板部。
如图5A-5C中说明的切割线AA、A’A’BB、B’B’、CC和C’C’基本上平行于电池501至503的至少一个边缘。在一些实施方式中，还可使用任何其它适当切割线。例如，电池502和503的切割可沿着壳体/袋的对角线进行。
图6为说明按照一些实施方式的电池直接回收中化学过程和分离的方法的流程图。方法600包括在610处超声洗涤产生自电池的芯部。各芯部包括至少一个负极/正极/隔板组装体。将芯部布置到溶解粘合剂以及电解质溶剂和电解质盐的溶剂中。在此步骤处，芯部分离成单独组件，其包括正极/负极材料(通常以粒子形式)、隔板部件和集流体部件。这些组件在混合物中混合在一起。
方法600还在620处包括在分离设备(例如过滤器-混合器-干燥器(FMD)和/或离心式设备例如批处理离心机或连续操作的倾析器)中经由多步洗涤工艺提取负极和正极材料的混合物。也就是说，在该步骤期间，将负极和正极材料的混合物与在610处产生的混合物中的其它组分分离。然后将负极和正极材料的混合物送往再锂化，同时其余组分(例如粘合剂、电解质盐等)经历进一步分离。
在630处，使用蒸馏柱将来自多步洗涤620的流出物组分根据它们各自的沸点分离。随着流出物向下行进通过蒸馏柱，组分蒸发并且随后由在适当冷凝温度操作的一个或多个冷凝器(在640处)冷凝。冷凝器配置成提取电解质溶剂(例如DMC)，其然后收集以转移到离场溶剂回收公司。可引入在溶剂回收***(参见例如步骤660)内的至少一个冷凝器在适当温度下操作以将离开蒸馏柱的洗涤溶剂蒸气冷凝。从该冷凝器冷凝的洗涤溶剂与从其它操作(例如干燥)收取的溶剂组合并且返回到最初洗涤过程(例如620)。来自蒸馏柱底部的液体流出物(例如来自步骤630)在蒸发器中蒸发(在650处)并且蒸气向上行进通过蒸馏柱，加热所述柱并且向各自的冷凝器提供蒸气。具有高沸点的溶剂(例如EC和PC)与固体(例如LiPF6、PVDF和CMC)一起从蒸发器排放在废弃物流中。
图7说明按照一些实施方式的在电池直接回收期间用于化学过程和分离的***700。化学过程和分离过程进一步包括三个分离过程(即第一分离过程、第二分离过程和第三分离过程)和一个溶剂收取过程，它们各自可以分批方式或连续流动方式实施。
***700包括用于接收电池芯部(例如由图4A-4D中说明的方法400产生)的洗涤固定装置712。在一些实施方式中，洗涤固定装置712包括金属丝篮网。在一些实施方式中，洗涤固定装置712包括穿孔的篮网。还可使用任何其它适当固定装置。在一些实施方式中，各芯部包括多层的负极片材(即铜集电体、活性负极材料和负极粘合剂)、电解质填充的隔板、和正极片材(即铝集电体、活性正极材料和正极粘合剂)。
***700还包括用于接收装载有芯部的洗涤固定装置712的超声洗涤器714。超声洗涤器714配置成容纳洗涤溶剂(例如有机溶剂例如N-甲基-2-吡咯烷酮、NMP或含水溶液)(在本文中也称为洗涤溶剂)。在一些实施方式中，超声洗涤器714限定在洗涤溶剂上方的顶部空间并且顶部空间可填充有惰性气体(例如氮气)。
第一分离过程在其中通过螺旋桨或溶剂的流体喷射搅动洗涤溶剂以使芯部悬浮的超声洗涤器714中实施。另外，使用超声换能器将超声波传递到悬浮体中以增大化学过程的效率。在一些实施方式中，超声换能器可位于超声洗涤器714中。在一些实施方式中，超声换能器可位于超声洗涤器714的壁附近。
作为搅动和超声作用的结果，芯部分离成组分。另外，通过洗涤溶剂的超声搅动将负极和正极粘合剂溶解并且将活性材料从集流体表面释放。进一步地，电解质溶剂(例如DMC、PC和EC)和电解质盐(例如LiPF6)溶解到洗涤溶剂中。离开超声洗涤器714的悬浮体包括：(1)来自负极和正极两者的微观活性材料粒子；(2)较大的隔板部件；和(3)可溢流洗涤器的集流体材料碎片。这些组分全部悬浮在洗涤溶剂和电解质盐的混合物中。
在***700中使用粗滤器716从超声洗涤器714接收悬浮体。粗滤器716配置成当悬浮体通过粗滤器716时除去悬浮体中的隔板部件和碎屑。泵718(隔膜泵)可操作地连接到粗滤器716以提供足以迫使悬浮体通过过滤器-混合器-干燥器(FMD)720的压力，其中微观活性材料从悬浮体中分离。在一些实施方式中，可通过离心设备代替FMD 720实现分离、或除了FMD 720外还通过离心设备实现分离。离心设备可包括例如倾析器，其可基于材料的不同密度将混合物中的材料分离并且将具有不同密度的材料从不同出口排出。在一些实施方式中，分离可通过在液体中共混而促进。例如，混合物可包括各自具有差异密度的两种固体材料，并且具有在两种固体材料的两个密度之间的密度的重液体可共混到混合物中。重液体的实例可尤其包括溴仿、四溴乙烷、二碘甲烷、多钨酸钠、偏钨酸钠和偏钨酸锂。
离开FMD 720的滤液通过位于洗涤器714底部处的喷嘴返回到洗涤器714。喷嘴可配置成提供用于芯部搅动的流体喷射或搅动可通过螺旋桨提供。洗涤器714中的搅动和超声过程继续进行直至：(1)所有芯部已经分离成单独组件；(2)正极材料从正极集流体除去；和(3)负极材料从负极集流体除去。
第一分离过程以一系列准逆流洗涤阶段(例如图示3个阶段但可使用更多或更少的阶段)实施。在规定时长后，洗涤器714当离开FMD 720的滤液转向到用于随后回收的第一储罐730a(R1)时排水。在第一洗涤阶段中，FMD720用来自随后洗涤阶段的储存滤液(供应自罐W2)再填充，该储存滤液具有浓度比来自超声洗涤器714的液体低的溶解固体。FMD 720中的材料在悬浮体中搅动，并且在规定时长后FMD 720当离开FMD 720的滤液转向到用于再利用的超声洗涤器714时再次排水。在第二洗涤阶段中，FMD 720用来自随后洗涤阶段的储存滤液(供应自罐W1)再填充，该储存滤液具有浓度比来自洗涤阶段1的滤液低的溶解固体。FMD 720中的材料在悬浮体中搅动，并且在规定时长后FMD 720当离开FMD 720的滤液转向到用于随后再利用的储罐730b(对于二次使用的流体指代为W2)时再次排水。在第三洗涤阶段中，然后将FMD 720用不具有溶解固体的蒸馏的或原生的洗涤溶剂再填充。恢复洗涤过程直至在规定时长后FMD 720再次排水并且离开FMD的滤液转向到用于随后再利用的第三储罐730c(对于一次使用的流体指代为W1)。
在最后洗涤后，通过用干氮气将FMD 720加压而使FMD 720中保留的微观固体排除流体。然后，将所述固体在FMD 720中在真空下加热和搅拌以完成干燥。在一些实施方式中，通过其它工艺例如用于在专用干燥器(图7中未显示)中干燥的离心可将湿固体从悬浮体除去。干燥的固体(即负极和正极活性材料的混合物)从FMD 720或从专用干燥器排放以用于随后的加工例如再锂化。
在第一分离过程后，洗涤固定装置712仅包含集流体裸部件。此刻，洗涤固定装置712可机械搅动以鼓励任何残留洗涤溶剂的排除。洗涤固定装置712然后从洗涤器714移除并且放置在再循环气体干燥器740中。加热气体(例如氮气)流动通过干燥器740以搅动集流体部件和蒸发残余洗涤溶剂。来自干燥器740的气体冷却到低温，致使溶剂蒸气冷凝。然后将冷凝物转移到用于随后的纯化和再利用的回收罐(R1)742。在溶剂蒸气已经冷凝和除去后，将气体再加热和再循环到干燥器740中以蒸发另外溶剂。在干燥后，将集流体部件从洗涤固定装置712转移到第三分离过程以分离铝和铜碎料。
在溶剂收取过程中，将来自第一回收罐730a(R1)的溶剂混合物(例如与电解质溶剂和盐混合的洗涤溶剂)转移到蒸馏柱750。在蒸馏柱750中，来自第一回收罐730a的流出物组分根据它们各自的沸点分离。随着流出物向下行进通过蒸馏柱，组分蒸发并且随后通过一个或多个冷凝器冷凝和然后储存在容器752中。冷凝器和相关的容器提取电解质溶剂(例如DMC)，其然后转移到离场溶剂回收公司。至少一个冷凝器例如774在适当温度操作以冷凝离开蒸馏柱750的洗涤溶剂(例如NMP)蒸气。收集来自冷凝器774的冷凝物以在洗涤过程中再利用。来自蒸馏柱750底部的液体流出物在蒸发器760中蒸发并且所得蒸气向上行进通过蒸馏柱750，加热蒸馏柱750和将蒸气提供到各自的冷凝器。具有高沸点的溶剂(例如EC和PC)与固体(例如LiPF6、PVDF和CMC)一起从蒸发器排放在废弃物流中
真空泵772包括在***700中以在干燥操作期间从FMD 720除去纯的洗涤溶剂蒸气。真空泵772将洗涤溶剂蒸气排放到冷凝器774，其中该蒸气与来自蒸馏柱750的洗涤溶剂蒸气一起冷凝。离开冷凝器774的不可冷凝的气体(主要地氮气)通过吸附剂床776以除去残留有机蒸气并且然后排放到大气。在第三分离过程中。使用振动分离工艺将负极集电体部件(例如密度为9.0g/cm3的铜)与正极集电体部件(例如密度为2.7g/cm3的铝)分离。
真空泵772包括在***700中以除去来自溶剂回收蒸馏760和来自在干燥操作期间的FMD 720的纯的洗涤溶剂蒸气。真空泵772将洗涤溶剂蒸气在压力下排放到冷凝器774，其中冷凝和收集洗涤溶剂以用于再利用。不可冷凝的气体(主要地氮气)通过吸附剂床776以除去残留有机蒸气并然后排放到大气。在第三分离过程中，使用振动分离过程将负极集电体部件(例如密度为9.0g/cm3的铜)与正极集电体部件(例如密度为2.7g/cm3的铝)分离。
图8A-8C说明按照一些实施方式的在电池的可规模化直接回收期间的锂平衡过程800。在过程800中，来自在不同荷电状态下的电池的缺锂正极活性材料820a和820b可通过将缺锂正极材料820a和820b悬浮到包括在含锂盐溶液812中的导电碳814的混合物810中达到锂均匀性。
如图8A中说明，将正极和负极活性材料的混合物(例如在方法100中的步骤120期间、在方法200中的步骤230期间、在方法600或方法700期间产生)浸渍在锂盐溶液812中以形成悬浮体。溶剂可为水或有机溶剂(例如NMP、DMC)。锂盐可为例如LiPF6、LiOH、Li2SO4、LiCl或LiNO3并且浓度取决于盐的溶解度可在约1M至约5M范围内。在一些实施方式中，导电碳814可由负极活性材料的导电组分直接贡献。在一些实施方式中，导电碳814可从外部来源加入到混合物810中。
图8B显示悬浮体经历锂平衡过程以实现缺锂正极材料820a和820b中锂含量的均匀性。在缺锂正极材料820a和820b(记为Lix1CoO2和Lix2CoO2，其中x1>x2)和导电碳814在锂盐溶液812中悬浮后，电子和锂离子开始从Lix1CoO2 820a流动到Lix2CoO2 820b。这样的迁移对于悬浮体中的所有粒子产生均匀组成的LixCoO2，如图8C中说明。
如本文中描述的，锂平衡过程800可在化学过程(例如方法100中的步骤120、方法200中的步骤230、方法600和700)期间发生，从而同时容许化学分离和锂平衡。这是因为这些加工步骤中使用的溶剂NMP可溶解电极粘合剂(例如PVDF、水性粘合剂CMC等)并且还与电池电解质混溶以形成离子导电的含锂溶液。
在一些实施方式中，锂平衡过程可在化学过程前当活性电极材料仍然附着到集流体时以片材形式发生。当多片正极材料-涂覆的集电体电连接时，锂离子和电子转移可基于图8A-8C中说明的近似机制发生。
图9A-9C说明按照一些实施方式的以片材形式的电极的锂平衡过程900。在过程900中，将两个正极片材920a和920b浸渍在容纳在器皿910中的锂盐溶液915中。第一正极片材920a包括记为Lix1CoO2的第一缺锂材料并且第二正极片材920b包括记为Lix2CoO2的第二缺锂材料，如图9A中说明。
图9B显示两个正极片材920a和920b彼此电连接，从而电子和锂离子在两个正极片材920a和920b之间迁移。更具体地，锂离子离开第一正极片材920a和进入第二正极片材920b，从而产生具有相同的正极材料LixCoO2的两个正极片材930a和930b，如图9C中说明。
在一些实施方式中，在平衡后，正极活性材料可在与上文对于芯部描述的洗涤过程类似的洗涤过程中从集流体分离以产生均一但非化学计量的锂量的正极活性材料。
然后可估计具有均匀锂分布的缺锂正极材料以测定锂化学计量。可加入锂盐(例如LiOH、Li2CO3等)以解决使用干粉末或湿浆料混合设备(例如旋转混合机、共混器等)的锂缺乏，即再锂化。可加热处理所得混合物以恢复活性材料中的锂化学计量并且解决对活性材料结构的损伤。
缺锂正极材料的再锂化可经由至少两个途径实现。在第一途径中，使用含锂材料。含锂材料具有与待再锂化的缺锂正极材料的粒度类似的粒度。这样的含锂材料的实例包括LiOH·H2O粉末、Li2CO3和LiCH3COO等。仅用于说明意图，本文中的描述使用LiOH·H2O。在一些实施方式中，还可使用本文中描述的任何其它含锂材料。
在该第一途径中，将缺锂正极材料(例如LixCoO2，其中x<1)与含锂材料均匀混合以形成混合物。在一些实施方式中，混合物以1摩尔LixCoO2对(1-x)摩尔LiOH·H2O的化学计量比。典型地，来自完全循环的(即寿命结束的)正极LixCoO2具有约0.5的x值。在该壳体中，1LixCoO2对(1-x)LiOH·H2O的质量比为约298.6毫克(mg)对177.46mg。
在一些实施方式中，x值可偏离0.5(例如电池尚未完全循环)。在这些情形中，x值可通过元素分析技术例如电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定。然后可相应地调节(1-x)摩尔LiOH·H2O的摩尔量。
在一些实施方式中，额外量的LiOH·H2O可加入到混合物以补偿在高温加热期间的锂损失。在一些实施方式中，LiOH·H2O的额外量可为原始量的约3％至约8％(例如约3％、约3.5％、约4％、约4.5％、约5％、约6％、约7％、或约8％，包括其间的任何值和子范围)。
可将所得均匀混合物挤压成圆柱粒料形式或任何其它适当压实形式。粒料形式可便于在再锂化期间的一致加工。然后将圆柱粒料在升高温度在空气中加热。所述加热的升高温度可为在100℃和约1000℃之间(例如约100℃、约200℃、约300℃、约400℃、约500℃、约600℃、约700℃、约800℃、约900℃或约1000℃，包括其间的任何值和子范围)的任意者。加热持续期可为约1小时至约24小时(例如约1小时、约2小时、约3小时、约4小时、约5小时、约10小时、约12小时或约24小时，包括其间的任何值和子范围)。在一些实施方式中，所得均匀混合物可在不形成压实形式的情况下直接烧结。例如，可使用旋转炉直接烧结以粉末形式的均匀混合物。
在一些实施方式中，加热中使用的升高温度可基本上等于或低于500℃，其低于正极材料的烧结温度。在该温度范围内的加热可节能并且缓和所述材料和碳沉积物内的残余有机物的分解。该分解可为有害的，因为其可形成可阻止LiCoO2晶体内的裂纹在加热期间愈合的气体。不充分的裂纹愈合可容许粒子破裂，其进而可减小LiCoO2粒子的尺寸。结果，LiCoO2粒子的粒子形态可不同于用于形成新电池的粒子形态。
加热步骤可根据以下方程式(1)驱动所述反应并且还继续使LiCoO2再结晶。
4LixCoO2+4(1-x)LiOH·H2O→4LiCoO2+6(1-x)H2O+(1-x)O2(1)
然后可将所得的来自方程式(1)的再锂化正极材料从烘箱移除并且准备作为用于正极制造的原材料即电池级正极材料再利用。
图10A和10B说明按照一些实施方式的根据第二途径的再锂化方法1000。仅用于说明意图，本文中的方法1000的描述使用LiCoO2作为正极材料。实践中，本文中描述的任何其它正极材料还可经由方法1000再锂化。
方法1000始于缺锂正极材料1011(例如产生自方法100中的步骤120、方法200中的步骤230、方法600或方法700)。在1010处，将缺锂正极材料(例如粉末状LixCoO2)放置到包含至少一种锂盐的正极悬浮体1012中。此处可使用的锂盐的实例包括但不限于作为含水悬浮体悬浮的硫酸锂、硝酸锂和氯化锂。替代地，还可使用有机溶剂并且这样的有机溶剂的实例可包括碳酸二甲酯(DMC)和碳酸亚乙酯(EC)。
在一些实施方式中，正极悬浮体1012的浓度的范围可为从每升(L)约100微克(μg)海水锂浓度至约1mol/L的人造或“纯”溶液，其意指仅基于锂的盐在溶液中。在一些实施方式中，方法1000可使用所有含锂离子溶液。缺锂正极材料与锂盐悬浮体可按以体积计一比一的比率组合。
在方法1000的1020处，LixCoO2/锂盐悬浮体1012内的LixCoO2在图10B中说明的再锂化电化学流动***1015内再锂化。该***1015包括原电池，其包括正极室1022、负极室1040和电隔板1030。正极室1022和负极室1040可尤其由任何非反应性材料例如不锈钢、玻璃或聚合物制成。正极室1022和负极室1040各自具有与电隔板1030交界的开口。在一些实施方式中，第一密封物(例如由橡胶、有机硅或其它弹性材料制成)可布置在正极室1022和电隔板1030之间以防止泄漏。在一些实施方式中，第二密封物可布置在负极室1040和电隔板1030之间以防止泄漏。
将工作电极1072***到正极室1022中。在一些实施方式中，工作电极1072可由镍网制成。在一些实施方式中，工作电极1072可由碳板制成。将对电极1073***到负极室1040中。在一些实施方式中，对电极1073可包括铂(Pt)网。另外的参比电极(图10A-10B中未显示)可***到正极室1022或负极室1040中。在一些实施方式中，参比电极可由Ag/AgCl制成。
通过导体将恒电流电源1070电连接到工作电极1072和对电极1073的每个。在一些实施方式中，工作电极1072充当集流体而缺锂正极材料充当反应物。
负极室1040通过压力源1062和进料管道1064从锂储蓄器1060供应并且与其液压连接。在一些实施方式中，锂储蓄器1060具有大于负极室1040的第二体积的第一体积。在一些实施方式中，锂储蓄器1060的总电荷储存容量比负极室1040的电荷储存容量大至少5倍。液体通过返回管道1066返回到锂储蓄器1060。
在一些实施方式中，压力源1062包括泵例如离心泵。在一些实施方式中，可使用任何其它适当技术。例如，锂储蓄器1060可经由重力向负极室1040进料并且压力源1062可布置在返回管道1066中。
在一些实施方式中，负极室1040中的含锂盐溶液可与用于产生悬浮体1012的含锂盐溶液相同。这提供将锂精炼过程捷径化(shortcut)并且缩减恢复/补充缺乏的锂的成本的能力。例如，负极室1040中的含锂盐溶液可为“纯”溶液，意指仅基于锂的盐在溶液中。在另一实例中，储蓄器1060可为包含基于非锂的盐的“不纯的”卤水池并且负极室1040中的含锂盐溶液可为卤水池中的包含例如一到二重量百分比的锂和任何数量的其它构成元素的卤水。
在一些实施方式中，储蓄器1060可容纳海水并且负极室1040中的含锂盐溶液还可为含有每升(L)约183微克(μg)的海水。在又一替代方案中，储蓄器1060可容纳含锂废水。并且在又一实例中，储蓄器1060可容纳任意数量的含锂矿石例如锂辉石、锂磷铝石、锂云母或锂霞石，并且碱金属氢氧化物(例如KOH)溶液可流动经过或通过矿石，由于氢氧化物溶液浸出效应产生含锂离子的溶液。
在又一实例中，锂储蓄器1060可为用于再供应由于持续使用而缺乏的锂的在再锂化电化学流动***1015的操作期间流动的天然存在水的来源。例如，所述流动可由在再锂化电化学流动***的操作期间泵送天然存在水而导致。在另一实例中，所述流动由于天然存在的事件而发生，该事件包括但不限于降雨、溪流(stream)或河流、地下水喷泉、潮汐流或波浪作用。并且在又一实例中，可使用潮汐流或波浪作用填充锂储蓄器1060，其随后在重力下使含锂盐溶液流动到负极室1040。与锂源无关，来自储蓄器1060的锂流动，不管其是流、海水、锂矿石或纯锂盐，均可将锂补充到负极室1040中容纳的含锂盐溶液、到负极(正极)电极和最后到在操作期间的再锂化反应。
电隔板1030可包括有效地容许锂离子通过的任何类型的电隔板。在一些实施方式中，电隔板1030包括陶瓷隔板。在一些实施方式中，电隔板1030包括多孔聚合物隔板。在一些实施方式中，多孔聚合物隔板可当含锂盐溶液为纯的基于锂的盐溶液时使用，因为纯溶液通常不含渗入多孔聚合物隔板的非锂离子。在一些实施方式中，仅对于锂离子可渗透的离子选择性聚合物可用于纯的基于锂盐的溶液以及不纯溶液(例如海水、海水卤水和/或基于锂矿石的溶液)。在一些实施方式中，陶瓷隔板可用于纯的基于锂盐的溶液以及不纯溶液(例如海水、海水卤水和/或基于锂矿石的溶液)。适合的聚合物隔板的实例包括但不限于纤维纸(例如，基于纤维素的)、或具有约0.21x 0.05μm孔尺寸和约39％孔隙率的三层聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯膜，适合的陶瓷隔板的实例包括但不限于Li1+x+yAlx(Ti，Ge)2-xSiyP3-yO、(Lix，Lay)TiOz和(Lix，Lay)ZrOz。
在操作中，将正极室1022用包含LixCoO2的含水悬浮体1012填充。将负极室1040用含锂盐溶液填充，含锂盐溶液可在静态或流动条件下。在一些实施方式中，含锂盐溶液可在静态条件下，从而容许在没有储蓄器1060、压力源1062以及流动和返回管道1064和1066的情况下操作所述***1015。负极室的含锂盐溶液可为相同的用于产生悬浮体1012的含锂盐溶液或不同的溶液。
将负极电流施加到负极室1040，即恒电流电源施加电位使得电子在箭头1076方向上流动。随着负极室1040中的电解质(含锂盐溶液)经历析氧反应(OER)1078，正极室1022中的LixCoO2还原并且锂离子1074嵌入到LixCoO2中以形成LiCoO2。
所述反应的理论机制显示在以下方程式2-3中：
LixCoO2+(1-x)Li++(1-x)e-→LiCoO2(2)
2H2O→O2+4H++4e-(3)
工作电极1072和对电极1073各自的电位相对于参比电极测量直至工作电极1072的电位相对参比电极电位的电位达到相对于Ag/AgCl的约-0.8V至约-1.0V。对于大多数锂离子电池正极材料，放电到相对于Ag/AgCl的-0.8V至-1V可完全恢复锂含量。
对于再锂化电化学流动***1015的一个优势在于，锂离子嵌入量可通过截止电位而准确地控制。其它再锂化途径典型地需要在测定待加入的最佳的含锂材料量前量化锂缺乏量(即LixCoO2中的x值)。与之相比，再锂化电化学流动***1015可在未量化x的情况下通过控制电化学再锂化过程的截止电压将x完全转化到1，因为电池正极材料(例如LixCO2、LixFePO4)中的特定锂含量x对应于特有的电极材料性质(例如开路电压、导电性、锂迁移性质等)。
在反应(2)至(3)后，将LixCoO2再锂化为LiCoO2。再锂化LiCoO2可从正极室1022移除以用于再利用(例如制作新电池)。在一些实施方式中，LiCoO2在再利用前可进一步用水洗涤和干燥。在一些实施方式中，再锂化LiCoO2的形态可经由加热过程而改善，在加热过程后再锂化LiCoO2可具有与市售的LiCoO2相同的晶体结构。
图11为说明按照一些实施方式的电池直接回收中化学过程和分离的方法1100的流程图。该方法1100包括在1110处的在混合设备(例如FMD和/或离心式设备例如分批离心机或连续操作的倾析器)中用于洗涤产生自电池的芯部的最初洗涤过程。各芯部可与参考图1描述的方法100中的芯部基本上类似。例如，各芯部可至少包括一个负极/正极/隔板组装体。在该步骤中，有机组分例如电解质(例如EC、DMC和PC)和粘合剂(例如PVDF和CMC)的一些或全部以及盐(例如LiPF6)溶解在洗涤溶剂(例如NMP、DMF、DMSO或DMAc)中。经由分离方法例如粗滤、过滤、离心、倾析、溶剂冲洗、加热、空气干燥、真空干燥、或其任意组合将溶解的组分(例如溶剂、电解质盐和粘合剂)与固体组分(例如负极和正极材料、隔板、集流体和电池壳体)分离。在一些实施方式中，一些有机组分例如电解质或粘合剂可保持与固体组分混合。
在一些实施方式中，方法1100还包括在1120处的热处理过程，其除去或降解在离开在1110处的洗涤过程的固体组分中残留的有机组分的一些或全部。在一些实施方式中，热处理工艺还除去或降解隔板部件和/或电池包装部件。在一些实施方式中，将固体组分加热到至少100摄氏度。在一些实施方式中，将固体组分加热到200、300、400、500、600、700或800摄氏度。在其它实施方式中，将固体组分加热到高于800摄氏度。在一些实施方式中，将固体组分在氧化气氛例如空气、氧气、与氮气混合的氧气、或其它组合中加热。在其它实施方式中，将固体组分在还原气氛例如氢气、与水蒸气混合的氢气、与氮气混合的氢气、一氧化碳气体、与二氧化碳混合的一氧化碳气体、或其它组合中加热。在甚至其它实施方式中，将固体组分在惰性气氛例如氮气、氩气、或其它组合中加热。
方法1100还包括在1130处的分离过程，其配置成从其余的固体组分中提取负极和正极材料的混合物。分离可例如经由在超声洗涤溶剂(例如NMP、DMF、DMSO、DMAc、乙醇、丙醇、或水、或酸性水、或碱性水)中的超声洗涤进行。在此步骤处，将固体组分分离成单独组分，其包括正极/负极材料(通常以粒子形式)、隔板部件、集流体部件和/或电池包装部件。在一些实施方式中，使用至少一个过滤***将较大的隔板部件、集流体部件和/或电池包装部件与负极和正极材料的混合物分离。在一些实施方式中，至少一个过滤***包括用于解散粒子附聚物的分离超声换能器。然后将负极和正极材料的混合物送往用于进一步分离和/或再锂化，而其余组分可弃置或经历进一步分离。
在1140处，来自最初洗涤1110的流出物中的组分根据它们各自的沸点(例如使用蒸馏柱)分离。随着流出物向下行进通过蒸馏柱，组分蒸发并且随后通过在适当冷凝温度下操作的一个或多个冷凝器冷凝(在1150处)。冷凝器配置成提取电解质溶剂(例如DMC)，然后收集电解质溶剂以转移到离场溶剂回收公司。至少一个冷凝器引入在溶剂回收***内并且在适当温度下操作以冷凝离开蒸馏柱的洗涤溶剂蒸气从而实现在1170处的溶剂回收。将来自该冷凝器的冷凝的洗涤溶剂与从其它操作(例如干燥)收取的溶剂组合并且返回到最初洗涤过程1110。来自蒸馏柱底部的液体流出物(例如在1140之后)在蒸发器中蒸发(在1160处)并且所得蒸气向上行进通过蒸馏柱，从而加热所述柱并且将蒸气提供到各自的冷凝器。具有高沸点的溶剂(例如EC和PC)与固体(例如LiPF6、PVDF和CMC)一起从蒸发器排放到废弃物流中。
结论
尽管多个发明实施方式在本文中已经描述和说明，但本领域普通技术人员将容易地想到本文中描述的用于发挥功能和/或获得结果和/或一个或多个优势的多种其它手段和/或结构并且这样的变型和/或改变各自被视为落在本文中描述的发明实施方式的范围内。更具体地，本领域技术人员将容易地认识到，本文中描述的所有的参数、尺寸、材料和构型意图为示例性的并且实际参数、尺寸、材料和/或构型将取决于使用发明教导的特定的一种或多种应用。本领域技术人员在不使用超过常规实验的情况下将认识或能够确定本文中描述的具体发明实施方式的很多等同方案。因此，应理解，前述实施方式仅通过示例方式呈现并且在所附权利要求及其等同方案范围内的发明实施方式可以除详细描述和主张外的其它方式实践。本公开的发明实施方式涉及本文中描述的各单独特征、***、制品、材料、套组和/或方法。另外，两个或更多个这样的特征、***、制品、材料、套组和/或方法的任何组合，若这样的特征、***、制品、材料、套组和/或方法并非相互矛盾，则包括在本公开的发明范围内。
实施方式可使用硬件、软件或其组合实施。当以软件实施时，软件编码可在任何适合的处理器或处理器集合上执行，而不管是提供在单个计算机中或分布在多个计算机之间。进一步地，应当认识到，计算机可具体体现为在多种形式例如机架型计算机、桌上型计算机、膝上型计算机或平板计算机的任意者。另外，计算机可嵌入在通常不视为计算机但具有适合的处理能力的装置，其包括个人数字助手(PDA)、智能手机或任何其它适合的便携式或固定电子装置。
而且，计算机可具有一个或多个输入和输出装置。这些装置可尤其用于向用户呈现界面。可用于向用户提供界面的输出装置的实例包括用于视觉呈现输出的打印机或显示器屏幕和扬声器或用于听觉呈现输出的其它发声装置。可用于用户界面的输入装置的实例包括键盘和指点装置例如鼠标、触摸板和数字面板。作为另一实例，计算机可通过语音识别或以其它声音格式接收输入信息。
这样的计算机可与以任何适合形式的包括如下的一个或多个网络互连：局域网或广域网例如企业网络和智能网络(IN)或因特网。这样的网络可基于任何适合的技术并且可根据任何适合方案操作并且可包括无线网络、有线网络或光纤网络。
本文中概述的方法或工艺(例如设计和制造上文公开的保留/传递结构)可编码成在使用多种操作***或平台的任一个的一个或多个处理器上可执行的软件。另外，这样的软件使用多种适合的编程语言和/或编程或脚本工具的任意者编写和还可汇编成可执行的机器语言编码或在架构或虚拟机上执行的中间编码。
而且，各种发明概念可具体体现为已经提供实例的一个或多个方法。作为方法的部分实施的动作可以任何合适方式排序。因此，可构造如下的实施方式：动作在其中以与所说明次序不同的次序进行，可包括同时进行一些动作，尽管这些动作在说明性实施方式中作为顺序动作呈现。
本文中提到的所有公开文本、专利申请、专利和其它文献以它们整体通过引用并入。
如本文中定义和使用的所有定义应理解为受控于字典定义、通过引用并入的文献中的定义和/或所定义术语的一般含义。
如在本文中在说明书和在权利要求中使用的不定冠词“a”和“an”，除非明确地相反指明，应理解为意指“至少一个”。
如在本文中在说明书和在权利要求中使用的措辞“和/或”应理解为意指如此结合的元件，即在一些情形中结合存在和在其它情形中不结合存在的元件，的“一者或两者”。通过“和/或”列举的多个元件应以相同方式解释，即如此结合的元件的“一个或多个”。除具体确认的元件外的其它元件可任选地通过“和/或”措辞呈现，而不管和那些具体确认的元件相关与否。因此，作为非限制实例，提到的“A和/或B”当与开放式语言例如“包括”结合使用时可在一个实施方式中表示只有A(任选地包括除B外的元件)；在另一实施方式中表示只有B(任选地包括除A外的元件)；在又一实施方式中表示A和B两者(任选地包括其它元件)；等。
如在本文中在说明书和在权利要求中使用的，“或”应理解为具有与如上定义的“和/或”相同的含义。例如，当分开列表中的物品时，“或”或“和/或”应解释为包含性的，即不仅包含多个或一系列元素的至少一个而且包括不止一个和任选的另外未列出的物品。只有明确相反地指明的术语例如“仅一个”或“只有一个”或在权利要求中使用时的“由……组成”将表示包含多个或一系列元件的只有一个元素。通常，如本文中使用的术语“或”当在前面加上排他术语例如“两者择一”、“之一”“仅一个”或“完全一个”时应仅解释为表明排他性替代物(即“一个或另一个而非两者”)。“基本上由……组成”当在权利要求中使用时应具有其在专利法领域中使用的普通含义。
如在本文中在说明书和在权利要求中使用的，关于一个或多个元件的列表的措辞“至少一个”应理解为意指选自元素列表中的任何一个或多个元素的至少一个元素，但不必包括列表内具体列出的每个元素的至少一种元素并且不排除元素列表中元素的任何组合。该定义还容许，除措辞“至少一个”所指的元素列表内具体确认的元素外的元件可任选地存在，而不管与那些具体确认的元素相关与否。因此，作为非限制实例，“A和B的至少一个”(或等同地“A或B的至少一个”或等同地“A和/或B的至少一个”)在一个实施方式中可表示在不存在B的情况下的至少一个(任选地包括不止一个)A(和任选地包括除B以外的元素)；在另一实施方式中表示在不存在A的情况下至少一个(任选地包括不止一个)(和任选地包括除A以外的元素)；在又一实施方式中表示至少一个(任选地包括不止一个)A和至少一个(任选地包括不止一个)B(和任选地包括其它元素)；等。
在权利要求中以及在以上说明书中，所有过渡措辞例如“包括”、“包括”、“携带”、“具有”、“包含”、“涉及”、“容纳”、“由……构成”等应理解为开放性的，即意指包括但不限于。只有过渡措辞“由……组成”和“基本上由……组成”应当分别为封闭或半封闭过渡措辞，如在美国专利办公室的专利审查程序手册第2111.03部分中所阐释的。

Claims (45)

1.方法，其包括：
将至少一个电池处理成多个芯部，所述多个芯部中的各芯部包括负极部、包括正极材料的正极部、布置在负极部和正极部之间的隔板部和电解质；和
将所述多个芯部设置到溶剂中以产生来自所述多个芯部的正极材料的混合物，其中所述溶剂和所述电解质形成离子传导介质，并且所述正极材料的混合物特征在于活性元素在所述正极材料中的基本上均匀的分布。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个电池包括锂离子电池和所述正极材料包括LiCoO2、LiMn2O4、LiFetM1-tPO4(LFMP)、或LiNiaMnbCocAdO2的至少一种，其中a+b+c+d＝1，A＝Al、Zr或Mg。
3.如权利要求2所述的方法，其中将所述多个芯部设置到溶剂中包括将所述多个芯部设置到二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、或二甲基乙酰胺(DMAc)的至少一种中。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个电池包括在第一荷电状态下的第一电池和在不同于所述第一荷电状态的第二荷电状态下的第二电池。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述离子传导介质进一步包括来自所述多个芯部中的至少一个负极部的导电碳。
6.如权利要求1所述的方法，其进一步包括将导电碳加入到溶剂中以增大离子传导介质的电子传导率。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述正极材料的混合物在没有电化学过程的情况下产生。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述正极材料的混合物包括在正极材料中的活性元素的缺锂化合物。
9.如权利要求1所述的方法，其中各芯部中的负极部包括负极材料，正极材料的混合物进一步包括来自多个芯部的负极材料，并且所述方法进一步包括：
从负极材料和正极材料的混合物提取正极材料。
10.如权利要求9所述的方法，其中提取正极材料包括经由基于密度的分离工艺从负极材料分离正极材料。
11.如权利要求9所述的方法，其中提取正极材料包括经由基于疏水性的分离工艺从负极材料分离正极材料。
12.如权利要求9所述的方法，其中提取正极材料包括经由基于正极材料粒度的过滤分离工艺分离正极材料。
13.如权利要求9所述的方法，其中提取正极材料包括经由涡电流分离工艺分离正极材料。
14.如权利要求9所述的方法，其中提取正极材料包括经由热处理工艺分离正极材料。
15.如权利要求1所述的方法，其进一步包括将提取自负极材料和正极材料的混合物的正极材料再锂化以产生电池级正极材料。
16.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：在将至少一个电池处理成多个芯部之前使至少一个电池失活。
17.如权利要求16所述的方法，其中使至少一个电池失活包括将至少一个电池与导电粉末接触以使至少一个电池放电。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述导电粉末包括金属、碳或导电氧化物的至少一种。
19.如权利要求16所述的方法，其中使至少一个电池失活包括将至少一个电池与导电流体接触。
20.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：
在使至少一个电池失活之后使用导电针刺入所述至少一个电池以评估所述至少一个电池的放电状态。
21.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：将超声波传递到溶剂中以便于正极材料的混合物的产生。
22.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：
干燥并加热多个芯部到至少400摄氏度以便于正极材料的混合物的产生。
23.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：
将多个芯部转移到第二溶剂以便于正极材料的混合物的产生。
24.如权利要求23所述的方法，其进一步包括：
将超声波传递到第二溶剂中以便于正极材料的混合物的产生。
25.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个电池包括多个电池，并且所述方法进一步包括：
将所述多个电池分类为第一组具有第一正极材料的电池和第二组具有第二正极材料的电池。
26.如权利要求25所述的方法，其中将所述多个电池分类包括使用X-射线荧光对所述多个电池进行分类。
27.***，其包括：
第一装置，其配置成将至少一个电池处理成多个芯部，多个芯部中的各芯部包括负极部、包括正极材料的正极部、布置在负极部和正极部之间的隔板部和电解质；和
第二装置，其配置成接收多个芯部和将多个芯部溶解以产生来自多个芯部的正极材料的混合物，其中溶剂和电解质形成离子传导介质，并且正极材料的混合物特征在于活性元素在正极材料中的基本上均匀的分布。
28.如权利要求27所述的***，其中所述第一装置配置成处理锂离子电池，和所述正极材料包括LiCoO2、LiMn2O4、LiFetM1-tPO4(LFMP)或LiNiaMnbCocAdO2的至少一种，其中a+b+c+d＝1，A＝Al、Zr或Mg。
29.如权利要求27所述的***，其中所述第二装置配置成保持二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、或二甲基乙酰胺(DMAc)的至少一种。
30.如权利要求27所述的***，其中所述第二装置配置为在没有电化学过程的情况下产生正极材料的混合物。
31.如权利要求27所述的***，其中所述第二装置配置为产生包括在正极材料中的活性元素的缺锂化合物的正极材料的混合物。
32.如权利要求27所述的***，其中第二装置进一步包括：
超声换能器，其配置成将超声波传递到溶剂中以便于正极材料的混合物的产生。
33.如权利要求27所述的***，其进一步包括第三装置，其配置成加热多个芯部以便于正极材料的混合物的产生。
34.如权利要求27所述的***，其进一步包括：
第四装置，配置成接收多个芯部，所述第四装置包括溶剂和超声换能器，该超声换能器配置成将超声波传递到溶剂中以便于正极材料的混合物的产生。
35.如权利要求27所述的***，其中各芯部中的负极部包括负极材料，正极材料的混合物进一步包括来自多个芯部的负极材料，和所述***进一步包括：
第三装置，配置成从负极材料和正极材料的混合物提取正极材料。
36.如权利要求35所述的***，其中第三装置配置成实施基于密度的分离工艺以从负极材料和正极材料的混合物提取正极材料。
37.如权利要求35所述的***，其中第三装置配置成实施基于疏水性的分离工艺以从负极材料和正极材料的混合物提取正极材料。
38.如权利要求35所述的***，其中第三装置配置成实施过滤分离工艺以从负极材料和正极材料的混合物提取正极材料。
39.如权利要求35所述的***，其中第三装置配置成实施涡电流分离工艺以从负极材料和正极材料的混合物提取正极材料。
40.如权利要求27所述的***，其进一步包括第四装置，配置用于将提取自负极材料和正极材料的混合物的正极材料再锂化以产生电池级正极材料。
41.如权利要求27所述的***，其进一步包括：放电器，配置成在第一装置配置成将至少一个电池处理成多个芯部之前使至少一个电池失活。
42.如权利要求27所述的***，其中所述放电器包括导电粉末以接收至少一个电池和使至少一个电池放电。
43.如权利要求27所述的***，其中所述导电粉末包括金属、碳、导电氧化物或流体的至少一种。
44.如权利要求27所述的***，其进一步包括：导电针，配置成在使至少一个电池失活之后刺入所述至少一个电池以评估所述至少一个电池的放电状态。
45.用于回收至少一个电池的方法，所述方法包括：
将多个锂离子电池切割成多个芯部，多个锂离子电池中的第一锂离子电池具有第一荷电状态并且多个锂离子电池中的第二锂离子电池具有不同于第一荷电状态的第二荷电状态，多个芯部中的各芯部包括包含负极材料的负极部、包括正极材料的正极部、布置在负极部和正极部之间的隔板部和电解质；
将多个芯部设置在溶剂中以从多个芯部产生负极材料和正极材料的混合物，其中溶剂和电解质形成离子传导介质，并且负极材料和正极材料的混合物包括正极材料中的活性元素的非化学计量化合物并且特征在于活性元素在正极材料中的基本上均匀的分布；
从负极材料和正极材料的混合物提取正极材料；和
将提取自负极材料和正极材料的混合物的正极材料再锂化以产生电池级正极材料。
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