一种机械弯曲混合气体张力实现回收电极活性材料快速剥离的方法技术

本发明专利技术公开了一种机械弯曲混合气体张力实现回收电极活性材料快速剥离的方法，实现了回收电极活性材料快速剥离，将回收电池深度放电后拆解，获取粘附活性物质正负极片(正负电极带)。将极片装入剥离系统，按一定速度进入具有一定温度的弯折区后，在极片活性物产生裂纹，再按一定的速度进入含水溶液气体张力剥离区，通入一定电压后在界面发生水的裂解，在间隙产生气泡冲击活性材料，发生活性物质剥离，在传动系统上获得金属电极，液体槽内获得活性物质块体。将活性物质块体洗涤、烘干、研磨获得活性物质粉体，进一步处理回收电极材料。本发明专利技术中原料及产物，均对环境友好。所获得的活性物质从金属电极上剥离，可回收再利用，损耗小，无污染。无污染。无污染。

【技术实现步骤摘要】
一种机械弯曲混合气体张力实现回收电极活性材料快速剥离的方法


[0001]本专利技术涉及废旧电池回收领域，具体涉及一种机械弯曲混合气体张力实现回收电极活性材料快速剥离的方法，解决薄质金属电极与表面黏附活性物质难分离的问题。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有工作电压高、能量密度高、无记忆效应、质量轻、体积小、自放电率低、循环寿命长、工作温度范围广等优势，已经被广泛应用于便携式电子设备和新能源汽车。随着锂离子电池产业的发展，退役锂离子电池带来的环境污染和资源浪费问题日益严重。数量庞大的废旧锂电池材料蕴含丰富的锂、镍、钴等有价元素，潜在资源量巨大，回收经济价值高，系统地开展废旧锂电池材料的回收及再生技术，将有助于防治废旧电池污染、缓解镍钴锂资源短缺压力，促进我国锂电池产业的良性发展。因此，开发一种较安全，并可以应用于企业化生产的制备方法是回收电极活性材料继续解决的关键性问题。

技术实现思路

[0003]针对
技术介绍
中的问题，本专利技术的目的在于提供一种利用机械弯曲混合气体张力实现电极活性材料剥离，包括以下步骤：
[0004]1)将回收电池深度放电后拆解，获取粘附活性物质正负极片(正负电极带)。
[0005]2)将极片装入剥离系统，按一定速度进入具有一定温度的弯折区后在极片活性物产生裂纹，再按一定的速度进入含水溶液气体张力剥离区，通入一定电压后在界面产生气泡，发生活性物质剥离，在传动系统上获得金属电极，液体槽内获得活性物质块体。
[0006]3)将活性物质块体洗涤、烘干、研磨获得活性物质粉体，进一步处理回收电极材料。
[0007]步骤1)中，所述的活性物质是指废弃电池中，粘附在金属导体表面的可回收再利用的活性电极材料，包括锂电池中的正极材料：磷酸铁锂、镍钴锰、钴酸锂、锰酸锂、镍钴铝三元材料等；钠离子电池中的正极材料：锰酸钠、磷酸钒钠等；钾离子电池中的正极材料：普鲁士蓝等；负极材料碳材料及硅基材料等。即所述的活性物质为磷酸铁锂、镍钴锰、锰酸锂、钴锰锂、镍钴铝三元材料、锰酸钠、磷酸钒钠、普鲁士蓝、碳材料及硅基材料等中的一种或两种以上(包括两种)。
[0008]步骤2)中，所述的剥离系统主要包括滚动轴和通电系统两个重要部分。其中，滚动轴部分包括弯曲段、牵引端等。弯曲段可以存在多种设计形状，如三角滚动轴、Z字形滚动轴等，也包括三角形、Z字形等一种或两种形状以上(包括两种)的重复及混合组合。极片在牵引作用下，顺着弯曲段移动，通过机械力使极片弯曲，在粘附的活性材料面产生裂纹，形成较为薄弱的电极材料层，以便暴露在水中发生水的裂解。通电系统控制弯曲压切时常约为10s，并根据需求控制弯曲压切的频率，并控制弯曲亚切机的金属齿(如图1红色示意图)加热至一定温度。
[0009]加热使弯曲压切机的金属齿具有415℃以上的温度，使电极材料粘结剂聚四氟乙烯热分解失活，有利于降低粘结程度，加快裂解水的气泡剥离电极材料。优选温度为450
‑
500℃，最优选温度为430
‑
450℃。
[0010]滚动轴的牵引端使带裂纹的极片以一定速度进入水溶液中张力剥离区。具体速度需要根据电极材料的反应速度、水溶液浓度等的差异进行调整，保证进入水溶液的电极能够有充足的时间实现自动剥离。
[0011]通电系统主要包括外电路和导电金属带，如铝带等，铝带与待剥离金属面接触，施加反应电压。
[0012]步骤2)中，所述的水溶液可以选用酸性溶液、中性溶液和碱性溶液，过程中涉及调控溶液pH的问题。其中，酸性溶液更容易在层间发生氧化反应析氧，产生气泡形成张力冲击层间隙外的活性物质，实现剥离。同时，往往会加入电解质以增加溶液导电性。而电解质的加入会引起溶液粒子增多，阻碍水通过裂纹进入层间其中。通过添加表面活性剂，如十二烷基苯磺酸钠，甘胆酸钠等，可以使水的润湿效果显著增强，加速水进入层间发生水的裂解反应，提高反应效率，加速活性材料的剥离。
[0013]步骤2)中，所述的电压范围在1.2V以上，达到阳极析氧反应的电压。优选电压为1.2
‑
1.5V，最优选为2.5
‑
5V。反应的正负极片在阳极端插入水溶液，负载的电压过高发生水的裂解，产生氧气，同时在极片的金属和活性材料表面发生析氧反应。由于金属的导电性优于活性材料，在类似铜箔和铝箔的金属表面产生气体的速度远大于表面的活性材料，气体随着反应的进行在层间不断聚集，形成较大的气泡产生表面张力，顺着裂纹的缝隙顶开缝隙，使表面的活性材料剥离箔片，在阴阳极下方槽内收集得到活性电极，在传送系统上直接得到剥离活性电极后的金属电极。
[0014]步骤3)中，所述的进一步回收可按照正负极材料分类回收。例如负极剥离的石墨可以直接回收，甚至由于氢气在层间产生，破环石墨层间的范德华力，使石墨解析产生石墨烯，得到重要的回收产物。而正极材料剥离后，也可混入新的盐一起，重新煅烧获得正极材料，例如三元和钴酸锂等，也可以湿法转变为其他材料。
[0015]本专利技术分离方法的基本原理为：在稀硫酸电解液下负载高压，达到水的电离电压，水进入活性物质与金属电极层间隙发生裂解反应，在阳极发生氧化反应析出氧气，在阴极发生还原反应析出氢气。因金属导电性优于活性材料，更易在其表面发生水裂解反应，产生的气体在层间隙聚集，因气体张力冲击外部的活性物质层，不断剥离活性物质，实现薄质活性物质与金属材料的分离。
[0016]同时，本专利技术通过造裂纹和热分解聚四氟乙烯的方法预处理待剥离电极，加快了剥离效率。即，极片进入弯折区时，通过机械弯曲压切电极，使电极在外部的活性物质层产生裂纹，增加水进入层间隙发生裂解反应的位点，加速剥离。弯曲压切的同时，通过压切机金属齿加热至415℃以上，使聚四氟乙烯热分解失活，降低活性物质与金属间的粘结效果，提升剥离效率。
[0017]本专利技术相比于现有技术，具有如下优点及突出效果：
[0018]现有的废旧电池电极回收采用粉碎后湿法处理，将粉体材料酸浸，对金属电极破坏程度大，要获得纯净的三元材料，还需要经历共沉淀、置换等工艺，且回收过程中产生废水污酸，后续又要专门进行处理以免污染环境及公共健康。本方法利用裂解水的概念，直接
将活性电极材料从金属电极上剥离，过程中几乎能完整地保持金属电极。耗费的主要是价格相对低廉的水，而产物为可收集、加工、使用的气体，氧气、氢气，绿色且经济。对废旧电池电极材料回收行业及废旧金属的回收均可实施使用。从资源、环境及经济等多重方面考虑，该专利技术均具有显著优势，可发展和完善废旧动力电池回收，促进新兴动力电池产业的健康持续发展。
附图说明
[0019]图1(a)为实施例1、2、3所用的压切弯曲模型；图1(b)为列举的机械力压切弯曲所裂纹类型，侧面图中，灰色区代表金属电极，黑色区代表电极活性物质；图1(c)为实施例1
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3所用的含水溶液气体张力剥离区的电解池模型。
[0020]图2为以实例1为例，活性材料在阳极端剥离过程示意图
[0021]图3为实例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械弯曲混合气体张力实现回收电极活性材料快速剥离的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将回收电池深度放电后拆解，获取粘附活性物质正负极片或正负电极带；2)将极片装入剥离系统，按一定速度进入具有一定温度的弯折区后在极片活性物产生裂纹，再按一定的速度进入含水溶液气体张力剥离区，通入一定电压后在界面产生气泡，发生活性物质剥离，在传动系统上获得金属电极，液体槽内获得活性物质块体；3)将活性物质块体洗涤、烘干、研磨获得活性物质粉体，进一步处理回收电极材料。2.根据权利要求1机械弯曲混合气体张力实现回收电极活性材料快速剥离的方法，其特征在于所述的活性物质包括涂覆在金属或导电材料表面的活性电极材料，所述的活性物质为磷酸铁锂、镍钴锰、钴酸锂、锰酸锂、镍钴铝三元材料、锰酸钠、磷酸钒钠、普鲁士蓝、碳材料及硅基材料中的一种或几种。3.根据权利要求1机械弯曲混合气体张力实现回收电极活性材料快速剥离的方法，其特征在于所述的剥离系统主要包括滚动轴和电力系统两个重要部分：所述的滚动轴部分包括弯曲段和牵引端；所述的弯曲段形状为三角滚动轴、Z字形滚动轴一种或几种；所述的通电系统包括外电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：张霖，刘慧，范雷雨，李来平，章理远，舒杰，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：