一种回收利用废旧锂离子电池负极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种回收利用废旧锂离子电池负极材料的方法，具体为：将废电池的负极片粉碎，所得粉碎料经过处理，分别得到黑色粉末和回收的铜箔；将黑色粉末燃烧，收集燃烧过程中产生的气体，送入冷却器冷却；再将冷却器出口排出的气体通入反应釜中，同时加入含锂溶液以及碱液，搅拌反应；反应所得物料进行结晶，之后进行固液分离，收集滤渣即为碳酸锂。本发明专利技术所述方法将负极材料转变为碳酸锂产品，可直接销售或用于锂离子电池的制备，回收的铜箔可重复利用。

A Method of Recycling and Utilizing the Anode Material of Waste Lithium Ion Batteries

The invention discloses a method for recycling and utilizing the negative material of waste lithium ion batteries, in particular: crushing the negative plates of waste batteries, processing the crushed materials, respectively, to obtain black powder and recycled copper foil; burning the black powder, collecting the gas generated in the combustion process, sending it to the cooler for cooling; and then cooling it. The gas discharged from the outlet of the reactor is fed into the reactor, and lithium-containing solution and alkali solution are added to stir the reaction. The material obtained from the reaction is crystallized, then solid-liquid separation is carried out, and the filter residue is collected as lithium carbonate. The method of the invention converts the negative electrode material into lithium carbonate product, which can be directly sold or used for the preparation of lithium ion batteries, and the recovered copper foil can be reused.

【技术实现步骤摘要】
一种回收利用废旧锂离子电池负极材料的方法
本专利技术涉及锂离子电池的回收处理，具体涉及一种回收利用废旧锂离子电池负极材料的方法。
技术介绍
近些年来，得益于我国政府不断的政策扶持，社会大众环保意识的逐步加强，以及国内一批高校，科研单位及企业在动力电池，电池管理系统等方面的研发方面的持续努力，我国的电动汽车市场得到了快速发展。随着新能源车的快速产业化，其销量将突飞猛进，锂离子动力电池的保有量也将会随之呈几何级数增长。与此同时，废旧锂离子动力电池的环境污染问题和合理资源化回收利用的问题成为当前乃至今后国内外普遍关注和亟待解决的难题。该问题的解决不仅有利于环境的保护，更有利于资源的循环利用，具有重大的现实意义。现有技术中对于废旧电池中负极材料的回收处理多集中于有色金属铜箔和石墨负极材料的回收。如公开号为CN102569940A的专利技术专利公开了一种废旧锂离子电池负极材料的回收方法，是将拆解所得的成卷的锂离子电池负极展开成带状覆碳铜箔，经破碎后送入气流分选器中，从而实现金属颗粒与碳粉的分离，再用静电分离机实现金属与粉尘的完全分离。公开号为CN101692510A的专利技术专利公开了一种废锂电池电极组成材料的资源化分离工艺，是将拆解所得的废锂电池负极材料剪成片状，然后放入锤式破碎机中对碳粉和铜箔进行锤击振动分离，在锤式破碎机转子下部设置筛板，落入筛分设备的破碎颗粒利用颗粒间尺寸差和形状差，经振动过筛实现金属铜与非金属碳的分离。CN101944644A的专利技术专利则公开了一种回收锂电池残次负极极片上可用物质的方法，将极片清洁、破碎，加纯水搅拌，对水溶液中的负极材料与铜箔进行固液分离，再采用补料的方式获得符合要求的涂覆用负极浆料。目前尚未见有从废旧锂离子电池中回收铜箔和生产碳酸锂的相关报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种回收利用废旧锂离子电池负极材料的方法。该方法将负极材料转变为碳酸锂产品，可直接销售或用于锂离子电池的制备，回收的铜箔可重复利用。本专利技术所述的回收利用废旧锂离子电池负极材料的方法，包括以下步骤：(1)将废旧锂离子电池放电后进行拆解，收集负极片；(2)将负极片粉碎，所得粉碎料经过处理，分别得到黑色粉末和回收的铜箔；(3)将黑色粉末在氧气存在条件下进行燃烧，收集燃烧过程中产生的气体，送入冷却器回收燃烧过程中产生的热量，副产水蒸气；(4)将冷却器出口排出的气体通入反应釜中，同时向所述反应釜中加入含锂溶液以及碱液，搅拌反应；(5)将反应所得物料进行结晶，之后进行固液分离，收集滤渣即为碳酸锂。上述步骤(1)中，采用现有常规技术对废旧锂离子电池进行放电和拆解，然后收集负极片。所述的废旧锂离子电池可以是正极活性物质为磷酸铁锂的废旧锂离子电池，或者是正极活性物质为三元材料(含有锂、镍、钴、锰或铝)的废旧锂离子电池。上述方法的步骤(3)中，在燃烧过程中产生的气体含有一氧化碳、二氧化碳和氮气。为了使通入反应釜中的气体更为纯化即尽量仅含有二氧化碳，在步骤(4)中，优选先将冷却器出口排出的气体进行纯化后再通入反应釜中，所述的纯化为对冷却器出口排出的气体进行吸收、解吸操作，具体如下：将冷却器出口排出的气体送入吸收塔，用饱和碳酸钾溶液或水作吸收剂进行吸收，吸收塔顶部排出少量一氧化碳气体(可以用作燃气使用，或用作生产其它产品的原料)，吸收塔内的吸收液由吸收塔底部排出并送入解吸塔，采用水蒸气对送入解吸塔内的吸收液进行解吸(所用水蒸气可以是来自后续优选方案中由燃烧炉中的水箱内的水产生，或者是由通入冷却器的冷却水产生)，在解吸塔顶部得到纯化后的二氧化碳气体，可用作生产碳酸锂的原料，也可直接销售。在解吸塔底部的碳酸钾溶液或水可返回吸收塔重复利用。优选吸收塔的操作压力为0.1-5MPa，操作温度为10-100℃；解吸塔的操作温度为100-130℃本专利技术所述方法的步骤(2)中，对粉碎料经过处理的目的是为了获得黑色粉末和回收的铜箔，具体可以按下述方法a或方法b进行：方法a：将粉碎料进行筛分，分别得到铜箔颗粒和黑色粉末；将铜箔颗粒和水混合均匀，于加热或不加热条件下反应，反应完成后对所得反应物料进行固液分离，收集滤渣，即为回收的铜箔；方法b：将粉碎料和水混合均匀，于加热或不加热条件下反应，反应完成后对所得反应物料进行固液分离，收集滤渣，即为回收的铜箔；收集滤液，蒸发浓缩除去其中的液体，即得到黑色粉末。在上述方法a和方法b中，所述的反应通常在≤100℃条件下进行，具体可在10-100℃条件下进行，优选在20-90℃条件下进行。反应的时间通常≥0.1h，优选≥1h，更优选为1-5h。在筛分或过滤时，优选采用100-300目甚至是目数更小的筛网或滤网；所述水的用量优选为铜箔颗粒体积的1-4倍。作为本专利技术的优选方案，步骤(3)中，将燃烧在燃烧炉中进行，并在燃烧炉中放置一用于盛装水的水箱，利用黑色粉末燃烧过程中产生的高温气体将水箱中的水加热生成水蒸汽，将水蒸汽从燃烧炉中引出并送入后续工序(如后续解吸操作、结晶时所需的加热操作、过滤后的浓缩蒸发操作等)使用。黑色粉末燃烧时的温度通常≥150℃。本专利技术所述方法的步骤(4)中，碱液的加入量为使反应釜中的物料的pH≥8，优选为10-12；所述的碱液具体可以是氨水或碱性物质的水溶液(如氢氧化钠溶液等)，所述含锂溶液的加入量以使其中锂离子与二氧化碳的摩尔比为1-4：10-1，所述的含锂溶液具体可以是硫酸锂、氯化锂或硝酸锂的水溶液。该步骤中，在加入含锂溶液以及碱液后，搅拌反应的时间通常≥0.5h，优选≥1h，更优选为1.5-5h。本专利技术所述方法的步骤(5)中，所述反应所得物料在常温下结晶的速率较低，优选是将反应所得物料进行加热从而能够尽快得到目标物质(即碳酸锂)的结晶，进一步优选是将反应所得物料加热至50-80℃使结晶生成。更优选结晶在夹套结晶釜中进行，此时向夹套中通入水蒸汽(可以是由前述燃烧炉中的水箱产生或经冷却器中的冷却水产生)以实现对夹套结晶釜中的物料进行加热。在结晶生成后，对物料进行过滤，收集结晶即为碳酸锂；收集滤液，经蒸发浓缩(进行浓缩干燥的热源可以是来自前述燃烧炉中的水箱或经冷却器中的冷却水产生的水蒸汽)后得到碱盐(当加入的碱液为氨水时，此处的碱盐为铵盐；当加入的碱液为氢氧化钠时，此处的碱盐为钠盐)。与现有技术相比，本专利技术的特点在于：1、本专利技术实现了铜箔和负极材料的回收利用，其中铜箔可再次用于铜箔的制备从而再次用于锂离子电池的生产；负极材料转化为二氧化碳、一氧化碳等产品，可以直接销售，将二氧化碳直接用于生产碳酸锂，增加了锂离子电池回收利用的附加值，显著提高了经济效益。2、进一步的，在负极材料的回收过程副产大量水蒸气，可用于生产过程需要使用水蒸气的各个场合，用作高温加热介质，如可以用于电解液回收过程的加热剂、解吸塔的水蒸气、蒸发浓缩器的加热剂等。因此，本专利技术所述方法实现了热能的综合利用，节省锂离子电池回收过程的能耗。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详述，以更好地理解本专利技术的内容，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1(1)将废旧磷酸铁锂电池经过放电、干燥后，进行拆解，先将外壳去除，取出电芯，再将电芯中的隔膜、正极片和负极片进行分离，收集负极片；(2)将负极片送入粉碎机粉碎为碎片，所得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种回收利用废旧锂离子电池负极材料的方法，包括以下步骤：(1)将废旧锂离子电池放电后进行拆解，收集负极片；(2)将负极片粉碎，所得粉碎料经过处理，分别得到黑色粉末和回收的铜箔；(3)将黑色粉末在氧气存在条件下进行燃烧，收集燃烧过程中产生的气体，送入冷却器回收燃烧过程中产生的热量，副产水蒸气；(4)将冷却器出口排出的气体通入反应釜中，同时向所述反应釜中加入含锂溶液以及碱液，搅拌反应；(5)将反应所得物料进行结晶，之后进行固液分离，收集滤渣即为碳酸锂。

【技术特征摘要】
1.一种回收利用废旧锂离子电池负极材料的方法，包括以下步骤：(1)将废旧锂离子电池放电后进行拆解，收集负极片；(2)将负极片粉碎，所得粉碎料经过处理，分别得到黑色粉末和回收的铜箔；(3)将黑色粉末在氧气存在条件下进行燃烧，收集燃烧过程中产生的气体，送入冷却器回收燃烧过程中产生的热量，副产水蒸气；(4)将冷却器出口排出的气体通入反应釜中，同时向所述反应釜中加入含锂溶液以及碱液，搅拌反应；(5)将反应所得物料进行结晶，之后进行固液分离，收集滤渣即为碳酸锂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，先将冷却器出口排出的气体纯化后再通入反应釜中，所述的纯化为吸收、解吸操作。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的处理按下述方法a或方法b进行：方法a：将粉碎料进行筛分，分别得到铜箔颗粒和黑色粉末；将铜箔颗粒和水混合均匀，于加热或不加热条件下反应，反应完成后对所得反应物...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘葵，李庆余，王红强，黄有国，吴强，杨生龙，张鹏，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西,45