面向退役电池极片中边缘金属的本质安全处理方法及应用技术

本发明专利技术属于电池回收技术领域，公开了一种面向退役电池极片中边缘金属的本质安全处理方法及应用。该方法包括以下步骤：裁剪废极片成非粉状物，然后置于超声环境下，油浴加热，进行水热反应，冷却，制得预处理铝渣；取出预处理铝渣进行过滤，取滤渣洗涤，得到铝渣和电池粉浑浊液；将接地线插入铝渣内部，通入氧化剂反应，得到非释氢型铝渣。本发明专利技术采用物理法将废极片中的电池粉与铝箔分离，无需添加化学药剂，处理成本低。水热反应及水洗后的溶液可以作为浸出液的原辅料，整个处理过程不会产生二次废水、废气、废渣，处理过程环境友好。

【技术实现步骤摘要】
面向退役电池极片中边缘金属的本质安全处理方法及应用
本专利技术属于电池回收
，具体涉及一种面向退役电池极片中边缘金属的本质安全处理方法及应用。
技术介绍
在锂离子电池生产制造过程中，在极片生产环节，会产生一定量的废极片。在锂离子电池大规模生产制造的情况下，会产生大量的废极片。传统的废极片回收处理是将极片破碎后，再进行下一步的高温热解，粘结剂失效，使电池粉与铝箔分离，热解温度一般为300-500℃，其热解过程会导致金属铝箔在空气环境下与氧气反应，这不仅降低金属铝的回收率，还可能会使金属铝粉末在热解炉中形成粉尘云，在高温环境下引起爆炸。目前还有的是将极片破碎后，分选出铝渣和电池粉，铝渣会采用酸洗涤，二次分选金属铝。由于铝渣洗涤后会残余有酸和水分，分选出来的铝渣会与残余的酸和水反应，释放出氢气并发热，铝渣存放时具有燃烧和爆炸风险。同时，分选得到的电池粉残余有金属铝，在下一步的酸浸环节，残余的金属铝会与酸反应释放氢气，使酸浸环节具有燃烧、爆炸的风险。上述两个传统生产工艺局限性明显，尤其是在工业生产中，残余的金属铝会与酸或水反应释放氢气，储存的过程中具有燃烧、爆炸的风险。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种面向退役电池极片中边缘金属的本质安全处理方法及应用，该方法采用物理法将废极片中的电池粉与铝箔分离，无需添加化学药剂，处理成本低。水热反应及水洗后的溶液可以作为浸出液的原辅料，整个处理过程不会产生二次废水、废气、废渣，处理过程环境友好。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种电池极片中边缘金属的本质安全处理方法，包括以下步骤：(1)裁剪废极片成非粉状物，然后置于超声环境下，油浴加热，进行水热反应，冷却，制得预处理铝渣；(2)取出所述预处理铝渣进行过滤，取滤渣洗涤，得到铝渣和电池粉浑浊液；(3)将接地线插入步骤(2)所述铝渣内部，通入氧化剂反应，得到非释氢型铝渣。本质安全：是指通过设计等手段使生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能。如本专利技术的方法，整个过程不会产生可燃气体或助燃气体，当发生误操作或者故障时也不会造成起火或爆炸事故。边缘金属：是指非主要回收目标的金属。对于本专利技术，主要是指铝。在电池极片回收过程中，由于镍、钴、锂的市场价格较高，铝的市场价格较低，在电池极片的回收过程中铝作为边缘金属常常不回收(例如碱溶除铝法回收电池粉)或被作为牺牲金属来回收(例如为了提高镍、钴、锂的回收率，牺牲铝的回收率)。本专利技术是在兼顾边缘金属的高回收率前提下，同时也实现了有价金属的高回收率，并且保证是整个工艺是在本质安全的前提下进行。优选地，步骤(2)中，还包括利用所述电池粉浑浊液制备得到多孔镍钴锰酸锂的过程；所述多孔镍钴锰酸锂的制备过程为：将所述电池粉浑浊液加入浸出液A中，加热反应，搅拌，过滤，得到滤液A和滤渣B；将所述滤液A加入氢氧化钠、氨水中，加入造孔剂，搅拌，得到前驱体；将所述前驱体和碳酸锂混匀，烧结，得到多孔镍钴锰酸锂；所述浸出液A包括浸出液A1和浸出液A2，所述浸出液A1为将酸溶液加入电池粉浑浊液中经过一次浸出后的溶液，成分含有未反应完全的酸溶液，以及含镍离子、钴离子、锰离子、锂离子的混合溶液，所述浸出液A2为将所述滤渣B加入水热反应釜中，加入酸液，加入产气剂，加热反应，冷却至室温后过滤，即得。更优选地，将所述电池粉浑浊液加入浸出液A中，加热反应，搅拌，过滤，得到滤液A和滤渣B；是先将所述浸出液A1加入所述电池粉浑浊液中进行第一次浸出，加热反应，搅拌，过滤，得到滤液A和滤渣B，再将所述滤渣B加入水热反应釜中，加入酸液，加入产气剂，加热反应，冷却至室温后过滤，即得所述浸出液A2，将所述浸出液A2加入所述电池粉浑浊液中进行第二次浸出，得到滤液A和滤渣B。上述的作用为采用2步浸出法对电池粉进行浸出，先进行低酸常压浸出后进行高酸水热浸出，高酸水热浸出阶段通过加入尿素，在水热环境下，尿素分解，产生二氧化碳和氰酸，二氧化碳有利于增加水热反应釜内部压力，强化浸出过程；氰酸协同硫酸对电池粉一次浸出不溶物进行二次浸出，提高浸出效率。浸出的整个过程，不会产生氧气或可燃性气体，整个浸出工艺过程达到本质安全要求。更优选地，所述产气剂为尿素，产气剂加入量为5-50g/L。将尿素作为产气剂，是因为该物质在受热后能够产气，其分解产物(氰酸)可作为浸出的促进剂。产气的目的是使水热反应超出常规的压力，传统水热反应是把反应物置于水热反应釜中，加热到设定的温度使溶液(通常主要成分是水)沸腾，水沸腾后产生水蒸气，水蒸气在水热反应釜密闭环境下产生压力，根据理想气体状态方程PV＝nRT，在同一个系统下，压力P与温度T正相关，而水热反应釜为了实现密闭，通常用聚四氟乙烯材料作为内衬，聚四氟乙烯材料有一定的使用温度上限，一般不能超过240℃，因此传统的水热反应釜受温度制约使其压力具有天然的上限。浸出过程中，压力有助于二次难溶物质的浸出，为了达到更高的压力，在相同的条件下加入产气剂尿素，加热释放出二氧化碳增加反应釜内部的压力，同时其分解产物(氰酸)可促进难溶物的浸出，实现物理加压和化学促进协同深度浸出作用。更优选地，所述电池粉浑浊液中电池粉与水的重量比为1:(1-2)g/ml，若初始水量过多时，采用离心分离后倾倒多余水量。更优选地，所述电池粉浑浊液与浸出液A的体积比为1:(1-5)，反应的温度为60-95℃。更优选地，所述酸溶液为硫酸；所述硫酸的浓度为3-8mol/L。更优选地，所述滤渣B与浸出液B加入的固液比为1:(2-10)g/ml；所述反应的温度为150-200℃，反应的压力控制为3-20MPa，反应的时间控制在2-10h。更优选地，所述造孔剂为草酸，加入量为5-50g/L，加入速度为10-60mL/min。更优选地，所述加入氢氧化钠、氨水控制pH为11-12。更优选地，所述多孔镍钴锰酸锂前驱体和碳酸锂混合比例为镍钴锰金属与锂金属摩尔比为1：(1-1.2)。更优选地，所述烧结的温度为700-950℃，烧结的时间为10-20h。优选地，步骤(1)中，所述非粉状物为带状物，所述带状物的长度为2-50mm，宽度为2-50mm。优选地，所述带状物占水热反应使用的反应釜体积的20％-50％，所述水占水热反应使用的反应釜体积的50％-80％。优选地，步骤(1)中，所述油浴加热过程中是将温度加热至120-180℃进行水热反应。优选地，步骤(1)中，所述超声环境的功率为28-80kHz，超声环境的时间为0.5-10h。优选地，步骤(2)中，所述洗涤后，得到筛上带状物和筛下电池粉浑浊液，取筛上带状物，沥干，装袋，得到铝渣。优选地，步骤(2)中，所述洗涤的次数为3-10次。优选地，步骤(3)中，所述氧化剂为臭氧。优选地，步骤(3)中，所述通入氧化剂的时间为5-60min，氧化剂的浓度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池极片中边缘金属的本质安全处理方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)裁剪废极片成非粉状物，然后置于超声环境下，油浴加热，进行水热反应，冷却，制得预处理铝渣；/n(2)取出所述预处理铝渣进行过滤，洗涤，得到铝渣和电池粉浑浊液；/n(3)将接地线插入步骤(2)所述铝渣内部，通入氧化剂反应，得到非释氢型铝渣。/n

【技术特征摘要】
1.一种电池极片中边缘金属的本质安全处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)裁剪废极片成非粉状物，然后置于超声环境下，油浴加热，进行水热反应，冷却，制得预处理铝渣；
(2)取出所述预处理铝渣进行过滤，洗涤，得到铝渣和电池粉浑浊液；
(3)将接地线插入步骤(2)所述铝渣内部，通入氧化剂反应，得到非释氢型铝渣。


2.根据权利要求1所述的本质安全处理方法，其特征在于，步骤(2)中，还包括利用所述电池粉浑浊液制备得到多孔镍钴锰酸锂的过程；所述多孔镍钴锰酸锂的制备过程为：将所述电池粉浑浊液加入浸出液A中，加热反应，搅拌，过滤，得到滤液A和滤渣B；将所述滤液A加入氢氧化钠、氨水中，加入造孔剂，搅拌，得到前驱体；将所述前驱体和碳酸锂混匀，烧结，得到多孔镍钴锰酸锂；所述浸出液A包括浸出液A1和浸出液A2，所述浸出液A1为将酸溶液加入电池粉浑浊液中经过一次浸出后的溶液，成分含有未反应完全的酸溶液，以及含镍离子、钴离子、锰离子、锂离子的混合溶液，所述浸出液A2为将所述滤渣B加入水热反应釜中，加入酸液，加入产气剂，加热反应，冷却至室温后过滤，即得。


3.根据权利要求2所述的本质安全处理方法，其特征在于，所述产气剂为尿素，所述产气剂的加入量为5-50g/L。


4.根据权利要求2所述的本...

【专利技术属性】
技术研发人员：余海军，戴宏亮，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43