一種鋰離子電池回收處理方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種鋰離子電池回收處理方法，將鋰離子電池拆解后的電極片剪碎后，在帶有氣體收集裝置的加熱爐中分步加熱保溫；經(jīng)過加熱保溫的電極片在氫氧化鈉溶液中攪拌至電極材料與鋁箔剝離，將鋁箔直接回收，同時收集電極材料并水洗，烘干后在球磨機中研磨均勻，測試電極材料中各元素的含量，補充相應(yīng)的元素源，混合均勻后，在氬氣氣氛保護下，加熱預(yù)處理后700?900℃焙燒7?12小時得到經(jīng)過修復(fù)的電極材料。從極片處理環(huán)節(jié)至最終資源化利用，實現(xiàn)低毒性、低酸堿用量、低廢水，與常規(guī)用氫氧化鈉溶解鋁箔的剝離方法相比，本發(fā)明專利技術(shù)堿液用量少，耗時短，鋁箔易回收。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

：本專利技術(shù)涉及鋰離子電池
，具體涉及一種鋰離子電池回收處理方法。
技術(shù)介紹
：隨著電動汽車及各類電子消費品的快速增長，鋰離子電池的使用量也同步的高速增長。對于鋰離子電池而言，電池容量降至初始容量80％即達到其設(shè)計壽命，電池即會進行報廢。隨著電池用量的增長，報廢的電池量數(shù)量龐大，如果不加以回收利用，勢必造成資源浪費，因此對鋰離子電池中含有較多的Co、Ni、Li、Mn、Cu、Al、Fe等金屬資源進行回收再利用將產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益；另外，不加以回收還會造成環(huán)境問題，如重金屬污染問題、電解液泄露毒害問題等。因此，對鋰離子電池進行回收再利用具有重大的意義。目前，廢舊鋰離子電池資源化回收利用主要關(guān)注回收的經(jīng)濟價值，而對回收過程各步驟所產(chǎn)生的二次污染則往往不夠重視。如電池電解液遇水產(chǎn)生有毒HF：LiPF6+H2O→LiF+POF3+2HF，LiPF6熱分解則生成PF5氣體，因此如何防止有毒物質(zhì)含氟氣體的產(chǎn)生是鋰離子電池回收的一個難點。目前常用的酸溶-沉淀方法、堿溶鋁箔剝離正極材料等方法將會耗費大量的酸堿試劑，產(chǎn)生大量的高鹽廢水。
技術(shù)實現(xiàn)思路
：本專利技術(shù)的目的是提供一種鋰離子電池回收處理方法，從極片處理環(huán)節(jié)至最終資源化利用，實現(xiàn)低毒性、低酸堿用量、低廢水，與常規(guī)用氫氧化鈉溶解鋁箔的剝離方法相比，本專利技術(shù)堿液用量少，耗時短，鋁箔易回收，解決了回收過程產(chǎn)生的污染和成本高的問題。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：一種鋰離子電池回收處理方法，該方法包括以下步驟：(1)將經(jīng)過放電處理的鋰離子電池拆解后的正極電極片剪碎后，在帶有氣體收集裝置的加熱爐中惰性氣體保護下或空氣中分步加熱，首先溫度由室溫以5℃/分鐘的速度升溫至80-100℃，保溫1-1.5小時后，溫度由80-100℃以5℃/分鐘的速度升溫至370-450℃，加熱保溫1-2小時，加熱保溫過程中釋放的氣體經(jīng)過氣體收集裝置收集吸收，用0.5-1.5mol/L的氣體收集液氫氧化鈉溶液來消除氣體毒性；(2)步驟(1)經(jīng)過加熱保溫的正極電極片在氫氧化鈉溶液中攪拌至電極材料與鋁箔剝離，將鋁箔分離出來后直接回收，同時收集電極材料并水洗后烘干；(3)當步驟(1)加熱爐內(nèi)氣體為惰性氣體時，步驟(2)得到的電極材料烘干后在球磨機中研磨均勻，測試電極材料中各元素的含量，根據(jù)測試結(jié)果補充相應(yīng)的元素源，補充至鋰:鐵:磷的摩爾比為(1-1.05):1:1，混合均勻后，在氬氣氣氛保護下，300‐500℃加熱預(yù)處理2-5小時后700‐900℃焙燒7-12小時得到經(jīng)過修復(fù)的電極材料。當步驟(1)加熱爐內(nèi)氣體為空氣時，步驟(2)得到的電極材料烘干回收后作為鋰源，生成碳酸鋰，作為電極材料的原材料。特別地，步驟(1)中正極電極片剪碎成邊長為2-3cm的小碎片。優(yōu)選地，步驟(1)中正極電極片在90℃下保溫1小時后在400℃下保溫1.5小時，氫氧化鈉溶液濃度為1mol/L。步驟(2)中，氫氧化鈉濃度為1mol/L，攪拌時間4-10分鐘。步驟(2)中元素源包括鋰源、磷源、鐵源等。所述鋰源選自碳酸鋰、氫氧化鋰中的一種或兩種組合。所述磷源、鐵源選自草酸亞鐵、磷酸二氫銨、磷酸鐵的一種或兩種以上組合。本專利技術(shù)的有益效果如下：(1)本專利技術(shù)增加了廢氣收集裝置，可以防止電解質(zhì)鹽六氟磷酸鋰(LiPF6)在高溫下分解產(chǎn)生的五氟化磷(PF5)氣體對人體及環(huán)境產(chǎn)生的直接危害，更進一步的，PF5與水反應(yīng)后產(chǎn)生的氫氟酸(HF)與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，生成的產(chǎn)物為NaF，消除了由電解質(zhì)鹽分解帶來的毒性。(2)經(jīng)過加熱保溫處理的正極電極片，在氫氧化鈉溶液中攪拌4-10分鐘后，電極材料即可與鋁箔完全剝離。與常規(guī)用氫氧化鈉溶解鋁箔的剝離方法相比，本專利技術(shù)堿液用量少，耗時短，鋁箔易回收。附圖說明：圖1是本專利技術(shù)的實施例1得到的修復(fù)的磷酸亞鐵鋰正極材料的SEM圖譜；圖2為本專利技術(shù)的實施例1得到的修復(fù)的磷酸亞鐵鋰正極材料的XRD圖譜；圖3為本專利技術(shù)的實施例1得到的修復(fù)的磷酸亞鐵鋰正極材料的循環(huán)庫倫效率圖；圖4為本專利技術(shù)的實施例2得到的修復(fù)的磷酸亞鐵鋰正極材料的XRD圖譜；圖5為實施例3空氣氣氛下收集的Li3Fe(PO4)2與LiFePO4的混合物XRD圖譜。具體實施方式：以下是對本專利技術(shù)的進一步說明，而不是對本專利技術(shù)的限制。實施例1：經(jīng)過放電處理的磷酸鐵鋰電池，將拆解后正極電極片剪成2cm*2cm大小的碎片，置于帶有氣體收集裝置的馬弗爐中，惰性氣體氬氣保護下分步加熱，溫度由室溫以5℃/分鐘的速度升溫至90℃，保溫1小時后，以5℃/分鐘的速度升溫至400℃并保溫1.5小時。從馬弗爐中揮發(fā)的氣體用1mol/L的氫氧化鈉吸收及反應(yīng)，來消除揮發(fā)物的毒性。經(jīng)過加熱保溫的正極片，在100mL1mol/L的氫氧化鈉溶液中攪拌5min后至鋁箔和電極材料完全分離，將鋁箔直接取出回收。收集的電極材料水洗三次后，在90℃下烘干，得到電極材料12g。烘干后的電極材料用球磨機研磨均勻，通過X射線光電子能譜分析確定電極材料中各元素的含量，根據(jù)測試結(jié)果添加相應(yīng)的元素源，元素源包括鋰源、磷源、鐵源等。所述鋰源選自碳酸鋰、氫氧化鋰中的一種或兩種組合。所述磷源、鐵源選自草酸亞鐵、磷酸二氫銨、磷酸鐵的一種或兩種以上組合。補充至鋰:鐵:磷的摩爾比為1:1:1，繼續(xù)在球磨機中將物料混合均勻后，在氬氣氣氛保護下，400℃下加熱3小時后在750℃下焙燒9小時，得到經(jīng)過修復(fù)的正極材料，其SEM圖、XRD圖和循環(huán)庫倫效率圖分別如圖1、2和3所示。實施例2：經(jīng)過放電處理的磷酸鐵鋰電池，將拆解后正極電極片剪成2cm*2cm大小的碎片，置于帶有氣體收集裝置的馬弗爐中，惰性氣體氬氣保護下分步加熱，溫度由室溫以5℃/分鐘的速度升溫至80℃，保溫1.5小時后，以5℃/分鐘的速度升溫至370℃并保溫2小時。從馬弗爐中揮發(fā)的氣體用1mol/L的氫氧化鈉吸收及反應(yīng)，降低揮發(fā)物的毒性。經(jīng)過加熱保溫的電極片，在100mL1mol/L的氫氧化鈉溶液中攪拌10min后至鋁箔和電極材料完全分離，將鋁箔直接取出。收集的電極材料水洗三次后，在90℃下烘干，得到電極材料14g。烘干后電極材料用球磨機將物料研磨均勻，通過X射線光電子能譜分析確定電極材料中各元素的含量，根據(jù)測試結(jié)果添加相應(yīng)的元素源，補充至鋰:鐵:磷的摩爾比為1.05:1:1，繼續(xù)在球磨機中將物料混合均勻后，在氬氣氣氛保護下，300℃下加熱3小時后在850℃下焙燒8小時，得到經(jīng)過修復(fù)的正極材料，其XRD圖譜如圖4所示。所述元素源包括鋰源、磷源、鐵源等。所述鋰源選自碳酸鋰、氫氧化鋰中的一種或兩種組合。所述磷源、鐵源選自草酸亞鐵、磷酸二氫銨、磷酸鐵的一種或兩種以上組合。實施例3：經(jīng)過放電處理的磷酸鐵鋰電池，將拆解后正極電極片剪成2cm*2cm大小的碎片，置于帶有氣體收集裝置的馬弗爐中，空氣條件下分步加熱，溫度由室溫以5℃/分鐘的速度升溫至100℃，保溫1小時后，以5℃/分鐘的速度升溫至450℃并保溫1小時。從馬弗爐中揮發(fā)的氣體用1mol/L的氫氧化鈉吸收及反應(yīng)，降低揮發(fā)物的毒性。經(jīng)過加熱保溫的電極片，在100mL1mol/L的氫氧化鈉溶液中攪拌10min后至鋁箔和電極材料完全分離，將鋁箔直接取出。收集的電極材料水洗三次后，在90℃下烘干，得到電極材料1本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種鋰離子電池回收處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：(1)將經(jīng)過放電處理的鋰離子電池拆解后的正極電極片剪碎后，在帶有氣體收集裝置的加熱爐中惰性氣體保護下或空氣中分步加熱，首先溫度由室溫以5℃/分鐘的速度升溫至80?100℃，保溫1?1.5小時后，溫度由80?100℃以5℃/分鐘的速度升溫至370?450℃，加熱保溫1?2小時，加熱保溫過程中釋放的氣體經(jīng)過氣體收集裝置收集吸收，用0.5?1.5mol/L的氣體收集液氫氧化鈉溶液來消除氣體毒性；(2)步驟(1)經(jīng)過加熱保溫的正極電極片在氫氧化鈉溶液中攪拌至電極材料與鋁箔剝離，將鋁箔分離出來后直接回收，同時收集電極材料并水洗后烘干；(3)當步驟(1)加熱爐內(nèi)氣體為惰性氣體時，步驟(2)得到的電極材料烘干后在球磨機中研磨均勻，測試電極材料中各元素的含量，根據(jù)測試結(jié)果補充相應(yīng)的元素源，補充至鋰:鐵:磷的摩爾比為(1?1.05):1:1，混合均勻后，在氬氣氣氛保護下，300‐500℃加熱預(yù)處理2?5小時后700‐900℃焙燒7?12小時得到經(jīng)過修復(fù)的電極材料；當步驟(1)加熱爐內(nèi)氣體為空氣時，步驟(2)得到的電極材料烘干回收后作為鋰源，生成碳酸鋰，作為電極材料的原材料。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋰離子電池回收處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：(1)將經(jīng)過放電處理的鋰離子電池拆解后的正極電極片剪碎后，在帶有氣體收集裝置的加熱爐中惰性氣體保護下或空氣中分步加熱，首先溫度由室溫以5℃/分鐘的速度升溫至80-100℃，保溫1-1.5小時后，溫度由80-100℃以5℃/分鐘的速度升溫至370-450℃，加熱保溫1-2小時，加熱保溫過程中釋放的氣體經(jīng)過氣體收集裝置收集吸收，用0.5-1.5mol/L的氣體收集液氫氧化鈉溶液來消除氣體毒性；(2)步驟(1)經(jīng)過加熱保溫的正極電極片在氫氧化鈉溶液中攪拌至電極材料與鋁箔剝離，將鋁箔分離出來后直接回收，同時收集電極材料并水洗后烘干；(3)當步驟(1)加熱爐內(nèi)氣體為惰性氣體時，步驟(2)得到的電極材料烘干后在球磨機中研磨均勻，測試電極材料中各元素的含量，根據(jù)測試結(jié)果補充相應(yīng)的元素源，補充至鋰:鐵:磷的摩爾比為(1-1.05):1:1，混合均勻后，在氬氣氣氛保護下，300‐500℃加熱預(yù)處理2...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳永珍，宋文吉，韓穎，呂杰，陳明彪，馮自平，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院廣州能源研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44