利用高速固体介质清洗分离废旧锂离子电池电极的方法

文献发布时间：2023-06-19 18:37:28

技术领域

本发明属于固体废弃物回收技术领域。更具体地，涉及一种利用高速固体介质清洗分离废旧锂离子电池电极的方法。

背景技术

据工信部与行业统计，我国是世界锂离子电池市场规模最大的国家，每年产生超过20万吨的废锂离子电池，预计未来10年废锂离子电池的回收量和市场的年增长率复合增速可达到50％。废锂离子电池中含有超过一半含量的钴、镍、锰、铁、锂、铝等金属资源，蕴含巨大回收价值。另外的，废锂离子电池中的大量重金属存在于微米级粉末状的电极涂层材料中，如果未被妥善回收，释放到环境中，会对土壤和水环境造成巨大污染。因此回收废锂离子电池材料既是二次资源回收利用的需求，也是环境保护的要求。

废锂离子电池正极由铝箔与等离子喷涂在铝箔上紧密结合的正极粉末涂层组成，涂层含有镍、钴、锰、锂、铝等大量金属；负极由铜箔与涂覆在铜箔上的石墨粉末组成。为了电池的安全运行与性能提升，电极箔片与其上附着的电极粉末涂层在制成电池后结合紧密，一般难以直接分离。

目前从废锂离子电池电极中回收金属等材料的常规方法主要是通过拆解+破碎+筛分的前处理手段，利用废锂离子电池中电极铝箔、铜箔与电极涂层材料粉末的不同破碎粒径特性，经过破碎+筛分回收得到正极+负极混合金属碎片与混合电极粉末，再通过进一步的分选手段将混合金属碎片分离，而混合电极粉末则采用进一步的湿法/火法等步骤提取金属。如中国专利申请CN113182322A公开了一种分离废旧锂离子电池中电极活性物质的方法，该方法直接将电极片和电池一起破碎，再通过热解分离电池中的电极活性物质；但在破碎过程中，废锂离子电池正负极铜箔/铝箔被无差别破碎成较小的片状混合物，需要经过进一步分离，同时含有大量金属的正极材料与负极石墨粉末也被混合，造成了繁琐的后续处理步骤与巨大的提取成本。中国专利申请CN114824549A公开了一种正极活性物质剥离的方式，需要将修剪成小块的正极片置于NaOH水溶液中，水浴反应直至铝箔集流体完全溶解，结合后处理进行分离；该方法主要采用碱液浸泡溶解铝箔的方式使得电极涂层材料分离，类似的，也有采用酸液或有机溶剂等对电极进行处理，但是这类方法同样无法分别回收得到完整的集流体，且容易产生难处理的重金属废水，对环境造成污染。

因此亟需一种能够有效的、分别完整分离电极涂层材料与电极箔片的回收方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有废锂离子电池电极金属材料回收方法无法一次性得到将电极拨片与电极涂层材料进行分离，后续还需要进一步分离的缺陷和不足，提供一种利用高速固体介质，能够有效的、分别完整分离电极涂层材料与电极箔片的方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

利用高速固体介质清洗分离废旧锂离子电池电极的方法，具体包括以下步骤：

S1、废锂离子电池放电完毕后，分离得到废正极、废负极和废隔膜，加热除去电解液，得到隔膜、正极和负极；

S2、设置0.009～0.011mm粒径、58～62mg/m

S3、设置0.039～0.041mm粒径、48～52mg/m

高速微尺度介质为具备高运动速度(不低于50m/s)、微米级尺寸(1～100μm)的运动固体颗粒，具体介质的种类可以根据实际操作、运行成本的要求来选择。

本发明利用高速流动的固体微尺度介质的固体颗粒以倾斜面撞击电极表面，使集流体(铝箔、铜箔)上附着的电极涂层材料受到巨大的高速撞击能量，从而使其与集流体的粘附作用(包括涂覆粘结和高温喷涂等)失效，达到集流体表面的清洗效果，随后将不同粒径尺寸的固体微尺度介质颗粒与电极粉末筛分分离，从而分别回收得到电极粉末、集流体和固体微尺度介质。

进一步地，步骤S1中，所述加热的温度为80～120℃。

更进一步地，步骤S1中，所述加热的时间为3～3.5h。

进一步地，步骤S1中，所述加热所得蒸发气体进行冷凝回收。

更进一步地，步骤S2中，所述正极与高速微尺度介质形成30～45°的夹角。

进一步地，步骤S2中，所述筛分时采用2000～3000目筛网。

更进一步地，步骤S3中，所述负极与高速微尺度介质形成30～45°的夹角。

进一步地，步骤S3中，所述筛分时采用500～800目筛网。

更进一步地，高速固体介质选自石英、氧化铝、硅酸盐、金刚石中的一种或多种。优选地，高速固体介质为石英。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种无须破碎和化学浸泡的利用高速固体介质清洗分离废旧锂离子电池电极的方法，可以在不损伤集流体的前提下快速从废锂离子电池电极集流体表面分离电极涂层材料，填补了现有废锂离子电池回收分离电极涂层材料过程中无法做到高效、完整、分别回收废锂离子电池中集流体铝箔、铜箔、正负极电极涂层材料的技术空白，减少了后续处理的分离步骤，大大减少了废锂离子电池处理的综合成本，具有很高的经济价值和环境价值。

附图说明

图1为本发明一种利用高速固体介质清洗分离废旧锂离子电池电极的方法的工作原理图；其中，1-集流体铝箔或铜箔、2-集流体反面附着的电极(正极/负极)材料、3-集流体正面附着的电极(正极/负极)材料、4-高速微尺度固体介质、5-高速微尺度固体介质矢量方向与废锂离子电池电极片的夹角。

图2为本发明实施例1中电极清洗分离效果图。

图3为本发明对比例1中电极清洗分离效果图。

图4为本发明对比例2中电极清洗分离效果图

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1一种利用高速固体介质清洗分离废旧锂离子电池电极的方法