一种电池正/负极材料的高效剥离方法技术

本发明专利技术属于电池材料回收技术领域，公开了一种电池正/负极材料的高效剥离方法，包括如下步骤：在惰性气氛下，采用高温短时加热方法对电池正/负极片进行快速升温至高温，并进行短时间的高温热处理，随后经过快速冷却，即实现电极材料和集流体的剥离。本发明专利技术可实现正负极材料和金属集流体的完全分离，且处理过程中正负极材料和金属集流体的损失量小至可忽略不计，同时实现正负极材料和金属集流体的高纯度、低损耗回收，有利于后续回收处理或转化利用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种电池正/负极材料的高效剥离方法


[0001]本专利技术属于电池材料回收
，具体涉及一种电池正/负极电极材料的高效剥离方法。

技术介绍

[0002]随着2020年“双碳”目标的提出，我国显著加快了能源结构的转型，将从传统的以化石能源为主逐步过渡到以水电、风能、太阳能等为主的清洁能源。预计到2025年锂离子电池将占据新能源市场70％份额。随着锂离子电池产量的急剧提升，作为锂离子电池重要原材料的金属锂、铜等金属的价格将一路走高。同时，废弃锂离子电池的不当处理不仅存在燃烧和爆炸的风险，而且电池内部的重金属元素和有机物将造成水土污染、大气污染等问题。因此，回收废弃锂离子电池将显得尤为重要。
[0003]目前对锂离子电池的回收中主要包括：湿法冶金、干法冶金以及直接再生，但是湿法冶金、干法冶金存在回收效率低、周期长、二次污染、能耗大等问题，而直接再生作为最有前景的回收方法吸引了越来越多研究者的兴趣。直接再生就是利用物理和化学的方法实现电极材料的直接再生，但是在获取电极材料的过程中由于粘结剂的存在，加上电极生产工艺过程中的辊压工艺，使得电极材料和集流体紧密地结合在了一起，很难实现高效快捷的分离。目前常用的分离手段包括高温烧结以及溶液浸泡，采用高温分解或者有机溶剂浸泡溶解除去电极材料中的粘结剂。但是这个过程中存在能源消耗大、时间长、产生大量废水和废气、效率低以及对电极材料成分和结构有一定破坏等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是在于提供一种高效、便捷、能耗低、环境友好的可实现电极材料与集流体的分离的方法。通过本专利技术方法可以得到高纯度的电极材料以及集流体，实现集流体的直接回收，同时为下一步电极材料的直接再生提供便利。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：
[0006]一种电池正/负极材料的高效剥离方法，包括如下步骤：在惰性气氛下，采用高温短时加热方法对电池正/负极片进行快速升温至高温，并进行短时间的高温热处理，随后经过快速冷却，即实现电极材料和集流体的剥离。
[0007]优选的，所述高温温度为800～2500℃。
[0008]优选的，所述短时间为10ms～10s。
[0009]优选的，所述高温短时加热方法为脉冲加热方法，优选通过焦耳热直接加热、热传导加热或光源辐射加热的方法实现。
[0010]其中，(1)所述焦耳热直接加热法是采用恒流/恒压电源，对正/负极极片进行通电加热，通过控制电压大小(1～500V)、电流大小(0.1～100A)和持续时间(10ms～10s)，调控加热温度和时间；通过控制电压/电流的上升速率，调控升降温速率；通过控制电压/电流的下降速率或风冷、金属滚柱降温的效率，调控降温速率。(2)热传导加热法，采用恒流/恒压
电源对碳基焦耳热材料进行通电加热，以碳基材料为热台，通过物理接触传热作用，实现电池极片高温短时热处理；其中，控制脉冲电流(电压)的波形、大小和脉冲时间，分别控制升降温速率、热处理温度和时间。也可采用持续高温热源(如：高温滚柱、高温腔室)，将电池极片快速通过高温热源(800～2500℃)，通过速度视沿速度方向热源的尺寸而定，加热时间为10ms～10s；升温速率由热源和极片温差决定，降温速率由极片和环境温差决定，亦可使用风冷、金属滚柱降温等冷却方式。(3)辐射加热法，包括闪光灯照射加热法和脉冲/连续激光加热法，利用电池极片涂层中碳基材料(石墨或碳黑)的对紫外、可见、红外光的强烈吸光特性，采用脉冲式氙灯或可见光至红外任意波长激光对极片进行辐照处理，实现正/负极极片的高温短时处理，控制光的强度和持续时间，可调控热处理温度和时间；控制脉冲的波形，可调控升降温速率。
[0011]优选的，所述的惰性气体为选自氩气、氮气或二氧化碳中的一种或多种。
[0012]优选的，所述快速升温的升温速率为10～105℃/s。
[0013]优选的，所述快速冷却的降温速率为10～103℃/s。
[0014]优选的，所述高温短时加热方法对正/负极片处理1到多次。
[0015]另外，本专利技术还要求保护上述方法在电池正/负极材料的高效剥离中的应用。
[0016]优选的，所述电池为锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池、钠硫电池。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0018](1)本专利技术采用高温短时加热方法，快速的升温过程(10～105℃/s)和毫秒
‑
秒级热处理时间，实现了正/负极材料和金属集流体的瞬时分离，不仅大幅减少了能量的消耗，且连续生产效率高，能有效地降低成本；
[0019](2)本专利技术可实现正负极材料和金属集流体的完全分离，且处理过程中正负极材料和金属集流体的损失量小至可忽略不计，同时实现正负极材料和金属集流体的高纯度、低损耗回收，有利于后续回收处理或转化利用；
[0020](3)本专利技术不涉及液体处理过程，分离得到的正负极材料和金属集流体均为高价值产物，因此无废液、废固产生；而且，热处理时间短、且受惰性气体保护，极大地减少了二氧化碳等废气的排放。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1中高温热处理的温度时间曲线；
[0022]图2为本专利技术中正/负极片回收过程的流程图；
[0023]图3为本专利技术中锂离子电池负极极片处理前后的实物图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合实施例，对本专利技术作进一步的详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]本专利技术中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一
者或一者以上的任何和所有可能的组合。
[0026]实施例1
[0027]一种电池正/负极材料的高效剥离方法，包括如下步骤：在氩气气氛的手套箱中，将回收的锂离子电池负极极片裁剪成小片，水平放置于1.5厘米宽、5厘米长的碳布上，随后将碳布两端通过导线连接至恒流电源，设置电源参数为电流8A、时间250ms。通过热辐射测温仪实时检测碳布温度，其在250ms内升高至1350℃，保温时间为40ms，随后迅速下降，碳布温度曲线如图1所示。经过上述处理后，锂离子电池负极极片自发发生弯曲变形，在应力作用下负极材料和铜箔自动完全剥离。
[0028]实施例2
[0029]一种电池正/负极材料的高效剥离方法，包括如下步骤：在氩气气氛的手套箱中，将回收的锂离子电池负极极片裁剪成小片，水平放置于1.5厘米宽、5厘米长的碳布上，随后将碳布两端通过导线连接至恒流电源，设置电源参数为电流40A、时间150ms。通过热辐射测温仪实时检测碳布温度，其在150ms内升高至1700℃，保温时间为40ms，随后迅速下降。经过上述处理后，锂离子电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池正/负极材料的高效剥离方法，其特征在于，包括如下步骤：在惰性气氛下，采用高温短时加热法对电池正/负极片进行快速升温至高温，并进行短时间的高温热处理，随后经过快速冷却，即实现电极材料和集流体的剥离。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温温度为800～2500℃。3.根据权利要求1
‑
2任一项所述的方法，其特征在于，所述短时间为10ms～10s。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温短时加热方法为脉冲加热方法，优选通过焦耳热直接加热、热传导加热或光源辐射加热的方法实现。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的惰性气体为选自氩气、氮气或二氧化碳中的一种或多种。6.根据权利要求1
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚永刚，伽龙，张豪，纪永生，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：