一种废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法及应用技术

本发明专利技术提供一种废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法，所述废旧锂电池正极片使用PVDF作为粘结剂，包括如下步骤：拆解废旧锂电池，去除电极表面残留的电解液，获得正极条；将正极条浸没在一定量的醇类溶剂中，在120

【技术实现步骤摘要】
一种废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法及应用


[0001]本专利技术涉及废旧锂电池正极材料回收
，具体涉及一种废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法及应用。

技术介绍

[0002]由于锂离子电池在寿命和能量密度方面的优势，人们不断地生产锂离子电池，以满足日益增长的能源存储需求。预计2015年至2040年，仅用于电动汽车的锂离子电池产量将达到400万吨。因此，回收利用废旧锂电池是缓解供应链约束、保护环境的一项紧迫任务。
[0003]然而，正极粉末、有机粘结剂PVDF与Al箔之间的粘结能力较强，阻碍了后续的回收过程。因此，需要对铝箔和正极材料进行预处理，才能集中回收有价值的成分。将铝箔与正极材料分离的传统方法通常包括:(1)机械分选，如破碎、筛分、磁选、浮选。虽然在工业上得到了大规模的应用，但活性材料在整个生产过程中存在大量的浪费，且残留的铝碎片无法完全去除；(2)用强碱(如NaOH)溶解铝箔，使活性粉末分散在溶液中。但该方法不仅要经过繁琐的分离步骤，而且还会产生大量的碱液废液；(3)在不同气氛(空气、氩气或氧气)下高温(400～600℃)直接热处理，分解PVDF。氟化氢(HF)热解气对环境有害，此外，高温煅烧会破坏正极材料的结构；(4)根据相似相溶的原理，用NMP、DMF、DMAC等有机溶剂溶解PVDF，从而破坏粉体与铝箔或粉体与粉体之间的结合力。这种方法在实验室中被广泛接受，因为它可以在整个预处理过程中保持活性物质的完整性，但是，它会产生大量的有机废水，有时PVDF与铝箔之间的粘接能力很强，即使在超声波的辅助下也无法被破坏。
[0004]目前最先进的预处理方法只是通过破坏铝箔与粉末之间的结合力，将活性材料从铝箔上剥离，最大限度地降低成本。相关报道包括AlCl3‑
NaCl体系、脂肪酸甲酯、氯化胆碱
‑
甘油、Cyrene溶剂等，其中活性物质能有效从铝箔上分离而铝箔仍能保持其完整性。然而，复杂和大量的反应物使这些方法不太通用。
[0005]因此，开发一种成本低、废水无毒、杂质少、效率高的新型预处理技术仍是一个巨大的挑战。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法，具有工艺简单、高效、环保、成本低等优点。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法，所述废旧锂电池正极片使用PVDF作为粘结剂，包括如下步骤：
[0009]步骤S1：拆解废旧锂电池，去除电极表面残留的电解液，获得正极条；
[0010]步骤S2：将正极条浸没在一定量的醇类溶剂中，在120
‑
180℃温度下处理40
‑
150min，使正极材料和铝箔集流体分离，其中正极材料成片状脱落，铝箔片保留完整；
[0011]步骤S3：将分离后的铝箔和正极材料从有机溶剂中取出，回收得到正极活性材料。
[0012]进一步地，醇类溶剂为乙醇、N
‑
N二甲基甲酰胺、N
‑
N二甲基乙酰胺、乙二醇或丙三醇中的一种。
[0013]进一步地，步骤S2中，处理温度为150℃。
[0014]进一步地，步骤S2中，处理氛围为空气、氧气、氩气或氮气中的一种。
[0015]进一步地，溶剂与正极条的体积比为1:1
‑
10:1。
[0016]进一步地，步骤S2中，将正极条和醇类溶剂置于油浴、反应釜或烘箱中加热至120
‑
180℃。
[0017]进一步地，固液分离后的有机溶液循环使用。
[0018]进一步地，废旧锂电池正极材料为LiCoO2、LiPO4、NCM或NCA。
[0019]本专利技术还提供一种锂电池正极材料，由所述废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法获得的正极活性材料经修复工艺后得到。
[0020]本专利技术还提供一种锂电池，包括上述锂电池正极材料。所述锂电池可以为LiCoO2电池、LiPO4电池、NCM电池或NCA电池。
[0021]与现有技术相比，本专利技术提供的废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法，有益效果在于：
[0022]一、本专利技术提供的废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法，选用醇类溶剂作为分离溶剂，在适当的温度条件下使溶剂与正极材料和铝箔之间的PVDF反应，使活性材料整体成片状与铝箔分离，反应后只需将正极材料整块取出即可实现固定分离，不需要额外的离心、过滤步骤，操作简化。
[0023]二、本专利技术提供的废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法，采用醇类溶剂作为分离液，不需要强酸强碱溶液，不会产生废酸废碱等二次污染源；同时也不需要复杂的搅拌和超声操作，最大限度的保持活性材料和铝箔片的原有状态，铝碎片不易脱落进入活性材料中，从而有利于后续的回收进程。
[0024]三、本专利技术提供的废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法，具有普遍适用性，可处理的废旧锂电池包括LiCoO2、LiPO4、NCM和NCA等任何使用PVDF作为电极粘结剂的锂电池。
[0025]四、本专利技术提供的废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法，操作简单，成本低廉，绿色环保、分离效率高、适用性广泛，具有巨大的商业潜力。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本专利技术废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法的流程图；
[0028]图2是本专利技术废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法的机理示意图；
[0029]图3是本专利技术实施例1在不同温度下预处理后正极片的照片；
[0030]图4是本专利技术实施例1在150℃条件下预处理后的实物效果图；
[0031]图5是本专利技术实施例1在不同温度下预处理后的溶液颜色对比图；
[0032]图6是本专利技术实施例1(150℃)和对比例1、对比例2预处理方法获得的正极材料的
XRD衍射图和结构精修图；
[0033]图7是本专利技术实施例1(150℃)和对比例1、对比例2预处理方法获得的正极材料的SEM图；
[0034]图8是本专利技术实施例1(150℃)和对比例1、对比例2预处理方法处理后的铝箔片的扫描图和元素分布图；
[0035]图9是本专利技术中对比例3预处理后的实物效果图；
[0036]图10是本专利技术中实施例2预处理后的实物效果图。
具体实施方式
[0037]为了使本
的人员更好地理解本专利技术实施例中的技术方案，并使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明。
[0038]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法，其特征在于，所述废旧锂电池正极片使用PVDF作为粘结剂，包括如下步骤：步骤S1：拆解废旧锂电池，去除电极表面残留的电解液，获得正极条；步骤S2：将正极条浸没在一定量的醇类溶剂中，在120
‑
180℃温度下处理40
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150min，使正极材料和铝箔集流体分离，其中正极材料成片状脱落，铝箔片保留完整；步骤S3：将分离后的铝箔和正极材料从有机溶剂中取出，回收得到正极活性材料。2.根据权利要求1所述的废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法，其特征在于，醇类溶剂为乙醇、N
‑
N二甲基甲酰胺、N
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N二甲基乙酰胺、乙二醇或丙三醇中的一种。3.根据权利要求1所述的废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法，其特征在于，步骤S2中，处理温度为150℃。4.根据权利要求1所述的废旧锂电池正极材料的溶剂热预处理方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈根，覃佐宇，贾传坤，周江，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：