一种废旧三元动力锂电池正极材料与集流体的剥离方法技术

一种废旧三元动力锂电池正极材料与集流体的剥离方法,属于资源再生技术领域。本发明专利技术包括安全预处理、电池外壳剥离、保温、超声以及后续步骤。本发明专利技术基于正极材料粘结剂的热分解温度，将电池正极极片置于适当的温度下保温一段时间，使压实的粘结剂热分解，然后通过超声处理来实现正极材料与集流体之间的高效完全分离，分离后的集流体表面光洁，无正极材料残留，可用作铝生产原料再次利用，干燥后的正极材料可以通过后续的处理工艺回收再生。

A stripping method for cathode material and collector of waste ternary power lithium battery

A stripping method for cathode material and collector of waste ternary power lithium battery belongs to the technical field of resource regeneration. The invention includes safety pretreatment, battery shell peeling, thermal insulation, ultrasound and subsequent steps. Based on the thermal decomposition temperature of the cathode material binder, the positive plate of the battery is heated at an appropriate temperature for a period of time to decompose the compacted binder, and then the high-efficiency and complete separation between the cathode material and the cathode fluid is achieved by ultrasonic treatment. The separated cathode material has a smooth surface and no residual cathode material, and can be used as raw material for aluminium production to reuse and dry again. The cathode material can be recovered and regenerated by subsequent treatment process.

【技术实现步骤摘要】
一种废旧三元动力锂电池正极材料与集流体的剥离方法
本专利技术涉及一种废旧三元动力锂电池的正极极片的正极材料与集流体的高效分离方法，是废旧电池的回收处理工艺流程中的一项重要的处理步骤，属于资源再生

技术介绍
锂离子电池因具有能量密度高，电压高、寿命长、自放电率低、无记忆效应、循环性能好以及使用温度范围广等优点，自从20世纪90年代实现商业化以来，迅速成为各种便携式电子设备的主要电源。据统计，2000年全球锂离子电池生产量超过5.8亿只，国内产量约1亿只，2003年全球产量达到12.55亿只，2008年产量达到了27.1亿只，2010年全球产量超过了30亿只。随着锂离子电池制造技术日益成熟，其使用范围越来越广，特别是近几年随着纯电动汽车的蓬勃发展，全球锂离子电池的市场还将迅猛增长。锂离子电池的循环寿命一般在500～2000次之间，随之而来的是寿命终止或其他各种原因而导致产生的废旧锂离子电池也呈现爆发式的增长。据调查显示，2015年中国动力电池报废量累计约2万～4万吨，到2020年中国纯电动乘用车和混合动力乘用车的电池累计报废量将达到17万吨左右，动力电池的回收和再利用问题已成为行业热点。锂离子电池回收再生技术的核心是对正极极片上活性材料的回收利用，其中最基本也是最重要的步骤就是将活性材料与集流体的高效完全分离。锂离子电池正极极片由一定比例的活性物质(LiCoO2、LiNixCoyMnzO2、LiMn2O4和LiFePO4等)、导电剂(乙炔黑等)和粘结剂(聚偏氟乙烯(PVDF)等)混合均匀后粘结在集流体铝箔上制备而成。在粘结剂粘结的作用下，活性材料、导电剂和粘结剂形成了薄膜形态，然后和集流体一起构成了电池的正极极片。目前，研究报道中的正极材料和集流体的分离技术主要有破碎筛分、有机溶剂浸泡、高温热处理、酸浸和碱浸。CN200610172603公开了一种锂离子电池正极材料的回收方法，采用有机溶剂浸泡法，用N,N-二甲基甲酰胺与液体醇和/或液体酮的混合溶剂浸泡正极极片，使正极材料与集流体分离，过滤得到正极活性物质。CN201010209830公开了一种从废旧锂离子电池正极材料中回收钴、镍和锰的方法，将废旧锂离子电池正极极片浸入到低浓度的碱液中，由于正极材料不与碱液反应而从金属铝片上脱落成为黑色粉末，然后漂洗，使铝与黑色粉末分离，得到含铝较低的黑色粉末。CN201110067952公开了一种锂离子电池正极材料回收方法，采用机械破碎的方法，将待回收的正极片放入粉碎机，筛分成粉料，然后通过流化床除去导电碳和杂质；经过旋风分离器分离、冷却后，过筛得到合格的正极粉体。CN201110068009公开了一种锂离子电池正极材料回收方法，将待回收的正极片放入在加热炉中，先后经过300～400℃和500～600℃两段高温处理后，活性物质自动脱落形成粉末。CN200910304134公开了一种废旧锂电池正极活性材料的高效浸出工艺，采用酸浸法，使用强酸溶液，将正极材料和集流体一齐酸溶浸出，然后再通过萃取、沉淀等方法分离出有价值的金属元素。上述方法都存在一些缺点，破碎筛分法，由于正极材料复杂的结构和化学组成，破碎筛分很难将其中各组分完全分离开来，获得的正极材料中，往往含有Al、Cu和Fe等多种金属，导致后续除杂工艺复杂，增加了回收成本；有机溶剂浸泡法，因有机溶剂有毒且价格昂贵，限制了其在工业上的应用；高温热处理，能耗大且高温下粘结剂分解产生HF等有毒气体，需配套废气处理装置以减少二次污染；酸浸和碱浸法存在流程复杂、有价金属回收率低，酸碱使用量大，并且废液不易处理的问题。因此，建立一种操作简单，条件温和，能耗较低，分离完全、安全高效和环境友好的正极材料和集流体分离的方法，无论是从环境保护还是从资源循环利用的角度出发，都具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中三元动力锂电池正极材料与集流体的分离问题，提出了一种高效、易行、经济、环境友好的分离方法。本专利技术所提出的方法适用于三元动力电池，包括各种比例的镍钴铝、镍钴锰等三元材料，同时对磷酸铁锂也能达到很好的剥离效果。本专利技术的目的可以由以下技术方案实现：一种废旧三元动力电池正极材料与集流体的剥离方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对废旧三元动力锂电池进行安全预处理完全放电；(2)将(1)步骤中完全放电后的电池通过冷切割的方法切割，收集电池极头、壳体等回收利用，将取出的电芯人工拆解，分离得到正极极片、负极极片和塑料隔膜；(3)加热正极极片，使正极极片在450-550℃的温度下煅烧0.5-3小时；(4)将(3)步骤中煅烧后的正极极片，自然冷却或快速降温冷却至室温；(5)将(4)步骤中冷却后的正极极片置于超声液中超声一段时间，正极材料与集流体完全分离。所述(1)步中的预处理方法为盐溶液浸泡放电。所述(2)步中所采用的冷切割方法为水刀切割或者是带锯切割中的一种。所述(3)步中极片裁剪大小为138mm×90mm、90mm×69mm、90mm×46mm或69mm×45mm。所述(3)步中从室温升高至所用温度的升温速率为3-5℃/min，在空气气氛中。所述(5)步中的超声液为去离子水，超声温度为室温。所述(5)步中的超声清洗频率为60KHz，功率为1.5Kw。所述(5)步中的超声时间最短为10秒，最长为40秒，可保证正极材料和集流体的完全分离。所述(5)步中分离后的正极材料作为再生处理的原料，分离后的集流体作为铝生产原料使用。锂离子电池正极极片由一定比例的活性物质(LiCoO2、LiNixCoyMnzO2、LiMn2O4和LiFePO4等)、导电剂(乙炔黑等)和粘结剂(聚偏氟乙烯(PVDF)等)混合均匀后粘结在集流体铝箔上制备而成。在粘结剂的粘结作用下，活性材料、导电剂和粘结剂形成了薄膜形态，然后和集流体一起构成了电池的正极极片。随着锂离子电池生产技术的不断进步，材料的涂覆技术也得到不断的完善，为进一步提高锂离子电池的性能，正极极片的在涂覆过程中被尽可能的压实在集流体上，给废旧锂离子电池的回收再生工作带来了严重的问题。磷酸铁锂粒度小易团聚，在活性材料与集流体分离的时候可以大片的剥落，剥离效果相对较好而且剥离技术相对成熟。而三元材料紧实的涂覆在集流体上，与集流体有很大的作用力，现有的剥离技术很难达到理想的剥离效果，但是随着三元材料在电动汽车动力锂电池中的使用比重越来越高，且三元材料里含有镍、钴等贵金属，相比磷酸亚铁锂有更高的回收价值，因此高效完全的分离方法有利于三元材料回收再生工作的顺利进行，本专利技术的提出，能够有效的解决三元材料与集流体难以剥离的问题。本专利技术所述的剥离方法，通过综合考虑粘结剂和集流体的的热分解温度，在保证集流体不被热解的情况下，通过在一定温度下保温使粘结剂分解，减小粘结剂对材料的粘合效果，再通过在去离子水中的超声一段时间，来实现正极材料与集流体之间完全高效清洁的分离。粘结剂PVDF的热分解温度为380℃，集流体铝箔的的熔点在660℃，二者差距较大。因此，控制适当的温度来分解粘结剂，再通过超声就可以使正极材料和集流体完全分离。粘结剂的热分解越充分，则分离效果越好。从下面提供的实例可知，对三元锂离子电池正极极片，在500℃的温度下保温2小时，冷却后置于去离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废旧三元动力锂电池正极材料与集流体的剥离方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对废旧三元动力锂电池进行预处理完全放电；(2)将(1)步骤中完全放电后的电池通过冷切割的方法切割，将取出的电芯人工拆解，分离得到正极极片、负极极片和塑料隔膜；(3)裁剪并加热正极极片，使正极极片在450‑550℃的温度下煅烧0.5‑3小时；(4)将(3)步骤中煅烧后的正极极片，冷却至室温；(5)将(4)步骤中冷却后的正极极片置于超声液中超声10‑40秒，正极材料与集流体完全分离。

【技术特征摘要】
1.一种废旧三元动力锂电池正极材料与集流体的剥离方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对废旧三元动力锂电池进行预处理完全放电；(2)将(1)步骤中完全放电后的电池通过冷切割的方法切割，将取出的电芯人工拆解，分离得到正极极片、负极极片和塑料隔膜；(3)裁剪并加热正极极片，使正极极片在450-550℃的温度下煅烧0.5-3小时；(4)将(3)步骤中煅烧后的正极极片，冷却至室温；(5)将(4)步骤中冷却后的正极极片置于超声液中超声10-40秒，正极材料与集流体完全分离。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述(1)步中的预处理方法为盐溶液浸泡放电。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述(2)步中所采用的冷切割方法为水刀切割或者是带锯切割中的一种。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵煜娟，肖湘，韩颖倩，徐涛，李婧霞，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11