一种废旧新能源汽车锂离子动力电池全组份回收与再利用方法技术

本发明专利技术废旧新能源汽车锂离子动力电池全组份回收与再利用方法为：先进行放电；放电后开启单体电池安全阀，切割开袋；采用高温加压蒸汽对电池进行热处理后自然冷却，切割去掉极柱和盖板；送入撕碎机破壳，经刀式切碎；进入弱磁性磁选机分离出铁物质，同时利用负压气流去除轻物质；余下的物料经涡电流分选出非导电性组分；再经强磁性磁选机将正极板和负极板的碎片分离开；然后经双辊机和干式摩擦机处理，剥离电极材料并经旋风分离和脉冲除尘器收集；收集的正极材料粉溶出锂离子；锂离子滤液沉淀除杂过滤后回收碳酸锂。本发明专利技术方法可实现新能源汽车锂离子动力电池产业化回收利用，提高了深度分类回收的效率、避免二次污染并降低回收成本。

A method of recovering and reusing lithium ion power battery of waste new energy vehicle

The method of recycling and reusing the full component of the lithium ion power battery for the waste new energy vehicle is to discharge the battery first, open the single battery safety valve and cut open the bag after discharge; use the high temperature pressurized steam to cool the battery after heat treatment, cut off the pole and cover plate; send the shredder to the shredder and cut through the knife type. The iron material is separated into the weak magnetic separator and the negative pressure air is used to remove the light material; the remaining materials are separated by the eddy current to separate the non conductive components; then the pieces of the positive plate and the negative plate are separated by the magnetic magnetic separator; then the electrode material is stripped and separated through the cyclone through the double roller machine and the dry friction machine. And pulse dust collector collection; collect cathode material powder to dissolve lithium ions; lithium ion filtrate precipitation impurity removal filtration and recovery of lithium carbonate. The method can realize the industrialization recovery and utilization of the lithium ion power battery for new energy vehicles, improve the efficiency of the depth classification and recovery, avoid the two pollution and reduce the cost of recovery.

【技术实现步骤摘要】
一种废旧新能源汽车锂离子动力电池全组份回收与再利用方法
本专利技术属于锂离子动力电池回收利用
，具体涉及一种废旧新能源汽车锂离子动力电池全组份回收与再利用方法。
技术介绍
随着国家对电动汽车的大力推广，未来将面临大量动力锂电池退役报废的问题。锂离子动力电池属于化学体，在新能源车上使用报废后若不能得到合理的处理，其内部的含氟电解液、镍、钴、锰重金属渗出，对环境与土壤将会带来严重的污染。随着国家对环保的重视，在新能源汽车与动力锂电池产业发展的过程中，未来大量退役锂电池从新能源车上退出使用后若无合理的处置方式，将成为新能源汽车和动力电池发展的制约因素之一。新能源电动汽车跨越式增长促进了动力电池产业与技术的高速发展，受益于锂离子动力电池需求的暴涨及南美盐湖锂产能减产、国内锂资源开发供应不足等因素，国内电池级碳酸锂市场价格由2014起累计涨幅达到230％；因新能源汽车产业爆发对动力锂电池需求量快速增长，且因国内镍钴金属来源基本依靠进口，2017年初有色金属镍、钴市场交易价较2016年增长已超过200％，2017年底至2018年初仍处于持续小幅增长的形势。动力锂电池的主要构成金属锂、镍、钴在国内的资源开采技术难度大、原生矿纯度低于国外资源、在全球的资源占有比例不足10％(镍仅占4％)，而中国是新能源汽车及动力锂电池最大的需求市场。金属资源将是未来限制我国动力锂电池产业发展的方面之一。动力锂电池本身固有的金属资源锂、镍、钴、铜的回收与循环利用将是破解资源限制和电池原材料价格高而不下的最优途径。目前国内外的电池回收处理工艺主要沿用消费类锂电池(18650和镍氢类)的回收处理工艺方法，依次经过盐水浸泡放电、破碎，然后分离出铜和铝的混合物、正极材料和负极材料的混合物，但随后将铜铝的混合物和正负极材料粉的混合物再分离就比较困难，且物料纯度无法保证，后续金属酸浸出需使用大量酸和碱溶液、因负极的存在造成金属离子损失程度较大；且大容量电池无法通过低导电率的盐水实现放电、且在浸泡过程中铝材质的正极极柱溶解，若电池破壳再浸泡则会对浸泡池产生较大污染；且该方法并不适用于磷酸铁锂体系电池，经济效益较低。另一种方法是采用手工拆解，将电池手工拆解分离出正极片和负极片，然后再进行破碎分离出活性材料和铜铝金属，该方法虽能解决正负极分离问题，但不能满足未来大规模处理的需求、且拆解环境恶劣不符合环保要求。
技术实现思路
针对目前废旧锂离子动力电池的规模化、高度机械化处理需求，本专利技术提出了一种废旧新能源汽车锂离子动力电池清洁环保型的全组份回收与再利用方法。本专利技术的一种废旧新能源汽车锂离子动力电池全组份回收与再利用方法，具体包括以下步骤：步骤(1)：采用充放电设备(包含单体充放电机和模组充放电机)对新能源汽车锂离子动力电池进行放电至OCV2.5V；放电后开启单体电池安全阀，对于软包模组采用带锯切割开袋；步骤(2)：采用高温加压蒸汽对电池进行真空热处理；由于锂电池内部含电解液，电解液的成分主要包括电解质和溶解电解质的有机溶剂(DEC、DMC、EC、PC)，本专利技术采用高压高温蒸汽真空热处理技术，利用高能量水分子在真空环境下渗入电池电芯内部至极片活性材料涂覆层，并进行反应，以实现：1)反应掉石墨层嵌入的锂，释放残余电能；2)消除负极表面析锂；3)消解电解质，消除氟污染；4)蒸发有机溶剂和电解质与水反应的产物HF；即安全地、低能耗和清洁地彻底消除电池的残余电能(经热处理后电池电压低于0.1V)，同时电池内部有害的电解质被转化成稳定无毒的LiF和HF，并将电池内部的电解液、有机溶剂和前述HF从电池内部脱出。将具有危险性的电池处理成为无能量的、低污染的一般固体废物，对电池进行无害化处理，避免电池内部的化学污染性成分进入到后续组份物理分离环节。步骤(3)：经热处理后的电池自然冷却后，采用带锯切割去掉极柱和盖板部分，软包模组省略此步；将经前级处理过的电池送入撕碎机破壳；步骤(4)：撕碎后的电池物料经刀片式破碎机切碎；步骤(5)：切碎后的电池物料进入弱磁性磁选机分离出电池/模组组件中的铁钉、铁片等铁物质，同时利用负压气流去除轻物质隔膜碎片；步骤(6)：余下的物料经涡电流分选机分离出塑料壳体、橡胶隔垫等非导电性组分；本专利技术方法采用两级相反方向的涡电流分选，将塑料和含金属的物料分开，能够依次分离出尺寸较大的塑料和碎小较轻的塑料。步骤(7)：余下的电极碎片经强磁性磁选机将正极板碎片和负极板碎片分离开；采用两级强磁选实现正极片与负极片的物理分离。采用两级强磁分选的目的在于实现正极片和负极片的分离，在后续可以分别对正极片或负极片进行金属与活性材料的分离，该方法的好处是可以将正极片与负极片彻底分离，分离出的正极活性粉料中铜含量低于98％。步骤(8)：分离开的电极碎片分别经双辊机和干式摩擦机处理，将电极碎片上的电极材料剥离下来并经旋风分离和脉冲除尘器收集；步骤(9)：剥离下来的正极材料粉经过硫酸盐溶液处理溶出98％以上的锂离子；经过滤后锂离子滤液中加入NaOH沉淀除杂(Fe3+、Cu2+)、过滤后，滤液加入Na2CO3在95摄氏度下析出回收碳酸锂。其中，步骤(1)所述新能源汽车锂离子动力电池为由磷酸铁锂材料体系、三元(NCM)材料体系、NCA材料体系、锰酸锂材料体系、钛酸锂负极体系、硅碳负极体系与塑料方形外壳、金属方形外壳、软包封装任意组合构成的电池，电池容量规格5Ah～300Ah。步骤(2)所述的热处理在密闭的压力容器中进行，在通入蒸汽前容器内先抽真空至-0.08Kpa～-0.01Kpa，热处理过程中蒸汽温度为100-160℃，保持容器内压力0.1-0.35Mpa，热处理时间1-8h，其中，通入的蒸汽来源于纯水、自来水、去离子水、盐水、弱碱水。蒸发出来的电解液溶剂和HF同蒸汽在热处理结束后通过蒸汽排出系统排出并经冷凝后收集有机溶剂，实现了电解液的回收。步骤(3)所述撕碎机破壳的方法为利用间隙距10mm-20mm的一组平行多棘齿刀片的剪切实现电池的破壳或破袋、撕碎。步骤(4)所述经刀片式破碎机切碎方法为利用间隙距2mm-15mm的一组平行多棘齿刀片的剪切实现步骤(3)产物的破碎与分散，刀片厚度2mm-10mm。步骤(5)所述采用弱磁性磁选机分离铁钉、铁片，磁选时振动给料，磁选时采用磁感应强度1500Gs-8000Gs的磁场。步骤(6)所述采用涡电流分选为经过正、反两次涡电流分选，磁辊场强3000-9500Gs，振动给料，涡电流机进料皮带传动速度2-30m/min、磁辊转速500-2200r/min，给料速度0.1-30kg/min。步骤(7)所述正负级碎片分离方法采用高梯度强磁性磁选机分选，磁场的磁感应强度大于9000Gs，对选出正极碎片后的剩余混合碎片进行磁选1～2次。步骤(9)所述过硫酸盐包括但不限于过硫酸氨、过硫酸钠、过硫酸氢钠、过硫酸钾；所述的正极材料包括磷酸铁锂(LiFePO4)、镍钴锰酸锂类(LiNixCoyMn1-x-yO2)、钴酸锂(LiCoO2)。所述动力电池还包括电芯为软包结构的模组、电芯为方形金属壳结构的模组。本专利技术的有益效果：本专利技术采用热处理直接从电池产生电势的本质入手彻底消除了电池的化学电势与能量。先进行热处理消解电解质，并将产生的HF和电解液溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废旧新能源汽车锂离子动力电池全组份回收与再利用方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)采用充放电设备对新能源汽车锂离子动力电池进行放电至OCV 2.5V，放电后开启单体电池安全阀，对于软包模组采用带锯切割开袋；(2)采用高温加压蒸汽对电池进行真空热处理；(3)将经热处理后的电池自然冷却后，采用带锯切割去掉极柱和盖板部分；将经前级处理过的电池送入撕碎机破壳；(4)撕碎后的电池物料经刀片式破碎机切碎；(5)切碎后的电池物料进入弱磁性磁选机分离出电池/模组组件中的铁物质，同时利用负压气流去除轻物质隔膜碎片；(6)经步骤(5)后余下的物料经涡电流分选分离出塑料壳体、橡胶隔垫非导电性组分；(7)经步骤(6)后余下的电极碎片经强磁性磁选机将正极板碎片和负极板碎片分离开；(8)分离开的电极板碎片分别经双辊机和干式摩擦机处理，将电极板碎片上的电极材料剥离下来并经旋风分离和脉冲除尘器收集；(9)剥离下来的正极材料粉经过硫酸盐溶液处理溶出锂离子，经过滤获得的滤液通过化学处理除去Fe3+、Cu2+杂质金属离子，提取碳酸锂。

【技术特征摘要】
1.一种废旧新能源汽车锂离子动力电池全组份回收与再利用方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)采用充放电设备对新能源汽车锂离子动力电池进行放电至OCV2.5V，放电后开启单体电池安全阀，对于软包模组采用带锯切割开袋；(2)采用高温加压蒸汽对电池进行真空热处理；(3)将经热处理后的电池自然冷却后，采用带锯切割去掉极柱和盖板部分；将经前级处理过的电池送入撕碎机破壳；(4)撕碎后的电池物料经刀片式破碎机切碎；(5)切碎后的电池物料进入弱磁性磁选机分离出电池/模组组件中的铁物质，同时利用负压气流去除轻物质隔膜碎片；(6)经步骤(5)后余下的物料经涡电流分选分离出塑料壳体、橡胶隔垫非导电性组分；(7)经步骤(6)后余下的电极碎片经强磁性磁选机将正极板碎片和负极板碎片分离开；(8)分离开的电极板碎片分别经双辊机和干式摩擦机处理，将电极板碎片上的电极材料剥离下来并经旋风分离和脉冲除尘器收集；(9)剥离下来的正极材料粉经过硫酸盐溶液处理溶出锂离子，经过滤获得的滤液通过化学处理除去Fe3+、Cu2+杂质金属离子，提取碳酸锂。2.如权利要求1所述的废旧新能源汽车锂离子动力电池全组份回收与再利用方法，其特征在于：步骤(1)所述新能源汽车锂离子动力电池为由磷酸铁锂材料体系、三元(NCM)材料体系、NCA材料体系、锰酸锂材料体系、钛酸锂负极体系、硅碳负极体系与塑料方形外壳、金属方形外壳、软包封装任意组合构成的电池，电池容量5Ah～300Ah。3.如权利要求1所述的废旧新能源汽车锂离子动力电池全组份回收与再利用方法，其特征在于：步骤(2)所述的热处理在密闭的压力容器中进行，在通入蒸汽前容器内先抽真空至-0.08Kpa--0.01Kpa，热处理过程中蒸汽温度为100-160℃，保持容器内压力0.1-0.35Mpa，热处理时间1-8h，其中，通入的蒸汽来源于纯水、自来水、去离子水、盐水、弱碱水；排出的蒸汽经过冷凝回收装置依次降温至80℃、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王楠，李肖肖，齐彬伟，
申请(专利权)人：中航锂电技术研究院有限公司，中航锂电洛阳有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32