再循环电池中的阳极回收制造技术

一种从来自耗尽的锂离子电池的掺和再循环流中再循环阳极材料的方法包括接收从阴极再循环流中剩余的沉淀物量。这种沉淀物几乎完全是用于再循环电池阳极材料的石墨。沉淀物由来自锂电池再循环流的充电材料的酸浸出产生。向沉淀物中加入强酸以除去残留的阴极和隔膜材料并加热混合物。强酸通过转化为硫酸铝从隔膜中去除残留的氧化铝。洗涤经酸处理的沉淀物去除水溶性污染物，例如由氧化铝和硫酸反应生成的硫酸铝，以产生基本上纯的石墨。阴极再循环阶段剩余的任何残留的材料也被去除。环阶段剩余的任何残留的材料也被去除。环阶段剩余的任何残留的材料也被去除。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】再循环电池中的阳极回收

技术介绍

[0001]阴极材料回收是广泛用于汽车、个人电子产品和工业应用的锂离子(Li离子)电池的主要焦点。然而，再循环电池的废物流通常包括对整个电池件进行不加选择的搅拌(粉碎和切碎)，从而产生阴极、阳极、隔膜和外壳材料的掺和物。针对阴极材料回收的再循环程序通常会导致大量未使用和/或废弃的阳极材料。

技术实现思路

[0002]阳极材料的再循环过程从阴极材料的酸浸出中回收二次流。阳极材料再循环从富含阴极和阳极材料的拆卸电池的掺和再循环流中收集阴极材料酸浸出的固体颗粒残留物。由于收集新材料的经济性，废旧或耗尽的电池的充电材料再循环，例如美国专利号9,834,827(通过引用并入本文)中公开的，倾向于集中在阴极材料上。然而，阳极材料(如石墨)也具有作为再循环材料的价值。
[0003]本文的配置部分基于以下观察：电动车辆(EV)生产的现代趋势对二次(可充电)电池产生大量需求，以及在使用寿命结束时处理或再循环这些电池的相应需要。遗憾地是，主要由廉价石墨和/或碳组成的阳极材料，在它们的阴极对应物中，被认为不适合大规模再循环。因此，本文的配置通过以下方式基本上克服了阳极再循环的缺点：接收阳极材料连同互补的阴极再循环工艺，并纯化已经精炼的石墨以用作再循环的阳极材料。由于石墨已经经历了与生产电池级石墨有关的大部分加工和精炼，因此从废料中再循环比精炼新石墨更有效。
[0004]一种从来自耗尽的锂离子电池的掺和再循环流中再循环阳极材料的方法包括通过隔膜压滤机接收来自阴极再循环流的剩余沉淀物量，使得沉淀物具有基本上约6％
‑
7％的氧化铝和4
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5％重量的金属硫酸盐的杂质。这种沉淀物的剩余部分几乎完全是用于再循环电池阳极材料的石墨。沉淀物由来自锂电池再循环流的充电材料的酸浸出产生。将强酸(如98％ H2SO4)加入到沉淀物中以去除残留的阴极和隔膜材料，并将混合物加热至约300℃。浸出阴极材料(通常是镍、锰和钴)通常会留下氧化铝，该氧化铝曾用作电池阴极与阳极侧之间的隔膜材料。强酸通过转化为硫酸铝从隔膜中去除氧化铝。洗涤经酸处理的沉淀物去除水溶性污染物，例如由氧化铝和硫酸反应生成的硫酸铝，以产生基本上纯的石墨。阴极再循环阶段剩余的任何残留NMC(Ni、Mg、Co)也被去除。
[0005]由于原材料(石墨)的价值低于阴极材料，因此阳极材料在常规再循环中受到的关注较少。此外，常规的阳极处理在极高的温度下使用氟化氢(HF)，因此引入了大量的安全开销。本文提出的方法在低得多的温度下采用更安全的材料，从而实现具有成本效益的阳极再循环。此外，用于再循环的原始阳极材料可以来自上文公开的
‘
827专利中公开的阴极再循环方法。
[0006]附加特征包括石墨类型的定性分离和分类。电池制造商采用规定比例的天然石墨和合成石墨，并进一步区分不同的粒径，因为天然石墨呈现“片状”结构。锂电池再循环流产生的天然石墨与合成石墨的组成比率是通过测试或确定产生再循环电池的已知来源组成
来确定的。对所得纯石墨进行分类或标记，以保持所产生的基本上纯的石墨中的组成比率，典型地是约60％/40％合成石墨与天然石墨，或可替代地55％/45％。根据下面列举的几个因素，收获得到的纯化石墨的纯度约为98.5％。
[0007]阳极再循环方法主要针对从电池再循环流中回收石墨，因此受益于第一代电池中使用的石墨的先前加工和纯度。来自耗尽的电池的阳极材料在用于第一代电池之前通常经历杂质处理。该阳极材料中的任何杂质都被限制在阳极材料的石墨颗粒表面。
[0008]根据已知供应商(车辆制造商)和各制造商使用的锂离子电池的化学组成，进一步组织对EV(电动车辆)再循环流的确定。保持根据源自特定制造商的电池的再循环流提供进料阳极材料的已知组成。保持均匀的流使得这种已知的组成能够被携带到所得的纯石墨中。换句话说，如果进料流受限于已知的供应商，那么来自同一制造商的、并且具有60％/40％比例和一定尺寸组成的片状石墨的进料电池将再循环到类似组成的纯石墨。
附图说明
[0009]本专利技术的上述和其他目的、特征和优点将是从如在附图中示出的本专利技术的具体实施例的以下描述清楚的，在附图中相同附图标记贯穿不同视图指代相同部分。这些图不必是按比例的，而是将重点放在展示本专利技术的原理。
[0010]图1是本文公开的阳极材料再循环工艺的流程图；
[0011]图2A
‑
2B是来自图1的流程的再循环充电材料的SEM(扫描电子显微镜)图；并且
[0012]图3是使用图1的充电材料的充电特性图。
具体实施方式
[0013]随着电动和混合动力车辆的出现，对典型地以电池形式实现的电化学能量存储的需求越来越大。下面描述的配置有利于再循环废弃电池中老化或耗尽的充电材料，以回收具有特定NMC摩尔比(表示为Ni:Mn:Co)的活性充电材料。比较常见的阴极材料类型是60％:20％:20％(622)、80％:10％:10％(811)、50％:30％:20％(532)和33.3％:33.3％:33.3％(111)。阴极充电材料前体来自Ni、Mn和Co的硫酸盐形式，如美国专利和申请中所定义，包括US 9,834,827、10,522,884、10,741,890和申请号16/164,952。
[0014]虽然阴极材料的元素往往更有利于再循环，但主要由石墨和碳组成的阳极充电材料也是通过回收产生的。随后的处理也允许回收这种阳极充电材料。阴极材料(如镍、锰和钴)的浸出，以及附带成分(如集流体金属和密封材料)的化学和物理去除，导致石墨/碳残留，其中剩余约有15％的氧化铝和硫酸盐材料。可以借助采用强酸和适度加热的后续处理来产生基本上纯的石墨，如下文进一步描述的。
[0015]图1是本文公开的阳极材料再循环工艺的流程图。参考图1，在步骤110中接收包括石墨的沉淀物作为来自电池阴极材料的再循环操作的副产品或废物流。如上所述，传统方法没有寻求阳极材料(主要是石墨)的回收；相比之下，本文的方法将石墨再循环作为阴极再循环的补充过程。因此，接收的沉淀物是来自用于再循环的先前酸浸出的电池充电材料的再循环流中剩余的充电材料。可以采用任何合适的再循环或其他工艺来获得石墨沉淀物，但是在特定配置中，该沉淀物是从源自NMC(镍、锰、钴)再循环流的先前浸出的充电材料中获得的，典型地代表用于电动车辆的充电电池中的先前使用的充电材料。根据上面引用
的美国专利，一种特定的方法包括酸浸出。EV具有大尺寸电池，并将继续代表与车辆寿命平行的再循环流。更具体地，这些NMC电池是锂离子电池(LIB)并且已经广泛应用于数百万辆电动车辆(EV)和插电式电动车辆。
[0016]用于阳极材料的石墨具有形态或形状特征，其限定了块状石墨的批次或量。通常，天然石墨具有片状特性和相应的尺寸，在下表II中进一步讨论。合成石墨较贵，并且通常具有粉末或颗粒质地。用天然片状石墨生产阳极材料需要加工。从历史上看，这种加工从每三吨片状石墨精矿中产生一吨阳极级石本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种从耗尽的锂离子电池的掺和再循环流中再循环阳极材料的方法，该方法包括：洗涤由来自锂离子电池再循环流的充电材料的酸浸出产生的沉淀物；向该沉淀物中加入强酸以去除残留的阴极和隔膜材料；将该强酸和残留的阴极以及隔膜材料的混合物加热至基于所得阳极材料的预期纯度的温度；以及洗涤该沉淀物以去除水溶性污染物，从而产生预期纯度的石墨。2.如权利要求1所述的方法，该方法进一步包括从再循环流中接收该沉淀物，其中该沉淀物具有小于11％的杂质。3.如权利要求1所述的方法，该方法进一步包括从再循环流中接收该沉淀物，其中该沉淀物具有小于7％的氧化铝和小于5％的金属硫酸盐。4.如权利要求3所述的方法，该方法进一步包括通过发泡浮选步骤分离该氧化铝，其基于密度低于石墨的氧化铝。5.如权利要求1所述的方法，其中，该沉淀物是来自用于再循环的先前酸浸出的电池充电材料的再循环流中剩余的充电材料。6.如权利要求5所述的方法，其中，该沉淀物是源自NMC(镍、锰、钴)再循环流的先前浸出的充电材料。7.如权利要求1所述的方法，该方法进一步包括通过从来自电动车辆的充电电池中使用的先前使用的充电材料的废物流中回收来接收该沉淀物。8.如权利要求1所述的方法，其中，该强酸的pH低于从该再循环流中酸浸出该沉淀物所用的酸。9.如权利要求8所述的方法，其中，该强酸是浓度为至少98％的硫酸。10.如权利要求1所述的方法，该方法进一步包括：确定由该锂电池再循环流产生的天然石墨与合成石墨的组成比率；并且保持所产生的基本上纯的阳极材料中的组成比率。11.如权利要求10所述的方法，该方法进一步包括确定该天然石墨的形态，以及产生基本上纯的石墨以具有基于该天然石墨的确定形态的形态。12.如权利要求1所述的方法，该方法进一步包括，在加热步骤后，进行二次浸出以提高所产生的石墨的纯度。13.如权利要求12所述的方法，其中，该二次浸出用稀盐酸或稀硫酸中的一种进行。14.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克，
申请(专利权)人：升腾元素公司，
类型：发明
国别省市：