废锂电池电极组成材料的资源化分离工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种废锂电池电极组成材料的资源化分离工艺。将拆解所得的废锂电池负极材料剪切成片状，然后放入锤式破碎机中对粘附于负极铜箔表面的碳粉和乙炔黑粉末进行锤击振动剥离；在锤式破碎机转子下部设置筛板，经锤击破碎小于筛板孔径的负极颗粒通过筛板小孔落入下方的筛分设备；尺寸大于筛板孔径的负极材料在锤式破碎机内被循环锤振破碎，直至尺寸小于筛板孔径；落入筛分设备的破碎颗粒利用颗粒间的尺寸差和形状差经振动过筛实现锤振剥离后金属铜与非金属碳粉和乙炔黑粉末的分离。将废锂电池正极剪切成片状，然后送入滚筒式热解设备中进行处理，粘结铝箔与钴酸锂和乙炔黑的有机粘结剂受热分解，组成材料相互剥离的电池正极从热解设备的另一端连续排出，经后续带有撞击构件的筛分设备振动撞击过筛，实现电池正极铝箔与钴酸锂和乙炔黑粉料的分离。本发明专利技术工艺简单、高效、容易控制且清洁环保。

Resource separation process for electrode material of waste lithium battery

The invention relates to a resource separation process of an electrode material of a waste lithium battery. The waste lithium battery anode material dismantling the shear into a sheet, and then put into the hammer crusher for adhesion to the surface of the carbon anode copper powder and acetylene black hammer vibration stripping; in the hammer crusher rotor is arranged at the lower part of the anode plate, hammer particle breakage is less than sieve aperture screening equipment below the fall through the sieve plate pores; anode material size is larger than the sieve aperture crusher is crushing hammer hammer in circulation, until the size is smaller than the sieve aperture; into the particle crushing sieving equipment using particle size difference and the shape difference of the vibration sieve separation of metal and non metal copper powder and acetylene black powder to achieve vibration hammer stripping after. The waste lithium battery cathode cut into flake, then fed into the drum type pyrolysis equipment for processing, organic binder and aluminum lithium cobalt oxide and acetylene thermal decomposition, composition of material separated from the other end of battery discharge continuous pyrolysis equipment, screening equipment vibration with subsequent impact components impact screening, separation the battery anode aluminum foil and lithium cobalt oxide powder and acetylene black. The invention has the advantages of simple process, high efficiency, easy control and cleanness and environmental protection.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种废锂电池电极组成材料的资源化分离工艺。
技术介绍
电池是众多电子电器设备的动力源。交通、通讯和电子信息技术的迅猛发展， 电动汽车、移动电话和笔记本电脑等在人们生活中的深入普及等，都极大地推动了电池 技术的进步，新型电池产品层出不穷。其中锂电池自问世以来，以其所具有的显著优点 迅速成为了市场热点，在许多场合取代了有线电源及燃料电源，为现代电子、无线通讯 产业的飞速发展提供了能源及动力保障，并可望在电动汽车、航天和储能等方面得到广 泛应用。 锂电池结构中一般包括正极、负极、电解质、隔膜、电池壳等。其中正极 由大约90%的钴酸锂、7%的乙炔黑及3%有机粘结剂均匀混合，涂布于铝箔集流体上构 成；负极由大约90%的碳素材料、5%的乙炔黑及5%有机粘结剂均匀混合，涂布于铜箔 集流体上构成；正负极之间用隔膜隔开并充以电解液。 锂电池是电子消耗品，使用寿命l-3年。报废的锂电池，如处理处置不当，其中 的钴等重金属、粘结剂和有机电解质等有机物均会对环境造成危害。而另一方面，锂电 池中所含有的Co、 Cu、 Li、 Al、 Fe等金属以及外壳塑料和碳基材料等均是宝贵的资源， 其中钴、铜及锂的含量高达20%、 7%和3%。以含量最高的金属钴为例，其是国际公认 的战略物质，中国因钴资源贫乏， 一直依赖从非洲国家进口钴精矿来弥补国内缺口。因 此对废锂电池进行资源化处理，不仅具有社会环境效益，而且还具有显著的经济效益。 目前所形成的废旧锂电池处理方法主要集中于对正极贵金属钴进行分离回收与 精制。分离回收方法包括湿法冶金、火法冶金和电化学法等。这些方法的共同弊端是综 合利用率低。因此开发高效且环境友好的工艺与相应设备对废锂电池中的有价组分进行 分离回收，已成为人们的共识，是该领域技术发展的方向。 废锂电池经拆解所得外壳与隔膜材料组成单一，压实后可直接送下游企业回收 利用。而废锂电池电极则由两种以上材料组成，需对其进行有效地分离富集，以便后续 的回收利用。本专利针对废锂电池资源化现状，基于锂电池的结构特点与其组成材料间 的理化特性差，采用环境友好的物理方法实现其有价组分的资源化分离回收。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种环境友好的废锂电池电极组成材料的资源化分离工 艺。 本专利技术提出的废锂电池电极组成材料的资源化分离工艺，具体步骤如下 (1)对废锂电池负极组成材料的分离，即将拆解所得的废锂电池负极材料剪切成 片状，然后放入锤式破碎机中对粘附于负极铜箔表面的碳粉和乙炔黑粉末进行锤击振动 剥离；在锤式破碎机转子下部设置10-20目的筛板，经锤击破碎小于筛板孔径的负极颗粒通过筛板小孔落入下方的筛分设备；尺寸大于筛板孔径的负极材料在锤式破碎机内被循 环锤振破碎，直至尺寸小于筛板孔径；落入筛分设备的破碎颗粒利用颗粒间的尺寸差和 形状差经振动过筛实现锤振剥离后金属铜与非金属碳粉和乙炔黑粉末的分离； (2)对废锂电池正极组成材料的分离，即将废锂电池正极剪切成片状，然后送入 操作温度为350°C 55(TC的滚筒式热解设备中进行处理，处理时间为10分钟-60分钟， 粘结铝箔与钴酸锂和乙炔黑的有机粘结剂受热分解，组成材料相互剥离的电池正极从热 解设备的另一端连续排出，经后续带有撞击构件的筛分设备振动撞击过筛，实现电池正 极铝箔与钴酸锂和乙炔黑粉料的分离。 本专利技术中，基于锂电池负极结构组成，当用旋转锤式设备对负极材料破碎时， 其中的铜箔韧性好，不易受冲击作用破碎成细小颗粒；而依粘结剂附着于铜箔上的碳粉 和乙炔黑导电剂，因与铜箔结合力较弱，易于通过破碎过程中的碰撞与冲击作用而从铜 箔上脱落分离，由此形成废锂电池负极组成材料间的分离富集工艺。 本专利技术中，与负极相比，锂电池正极钴酸锂和乙炔黑导电剂与铝箔间结合紧 密，且铝箔易于破碎，采用锤式粉碎机对负极组成材料进行破振分离效果欠佳。本专利 基于粘结废锂电池正极铝箔与钴酸锂和乙炔黑导电剂的聚偏氟乙烯粘结剂的理化性质， 通过对其加热分解实现无破碎锂电池正极金属铝箔与钴酸锂和乙炔黑导电剂间的分离富 集。 本专利技术适用范围 (1)废锂电池负极组成材料的分离富集 采用普通旋转锤式破碎机将电池负极破碎至小于10 20目筛板孔径(直径约 2.0mm 0.84mm)时，即可实现废锂电池负极碳粉和乙炔黑粉末与铜箔间的锤振剥离； 对排出破碎设备的金属与非金属混合粉料进行筛分分离，金属铜主要富集于尺寸大于50 目筛孔孔径(直径约0.5mm)的颗粒物料中，其中铜的平均浓度大于85%，回收率大于 90%。 (2)废锂电池正极组成材料的分离富集 采用滚筒式热解设备于常压、温度大于35(TC的条件下对废锂电池正极处理10 分钟以上，便可实现粘结铝箔与钴酸锂和乙炔黑的有机粘结剂的受热分解；排出热解设 备的废锂电池正极材料经振动撞击筛分分离，可实现铝箔与钴酸锂和乙炔黑混合料的高 效分离，钴酸锂和乙炔黑混合料的回收率高达95%以上。 本专利技术的优点 1、本专利技术工艺通过物理干法对废锂电池正极和负极组成材料进行分离富集，从 而实现钴酸锂、铜、铝及碳粉的资源化回收，整个工艺简单、高效、容易控制且清洁环 保。 2、针对锂电池负极碳粉和乙炔黑导电剂与铜箔结合力较弱，且铜箔韧性好不易 破碎的特点，本工艺通过普通锤式破碎机对粘附于负极铜箔表面的碳粉和乙炔黑粉末进 行锤振剥离，在无需对负极材料充分破碎的前提下即可实现废锂电池负极铜箔与碳粉和 乙炔黑导电剂间的高效分离。 与常规的破碎解离和静电分离(或气流分选)组合工艺相比，基于锂电池负极 结构及其材料特性的负极铜箔与非金属材料间的锤击破振剥离和筛分分离组合工艺能耗低、效率高、生产能力大且过程易于调控。 3、同样与常规的破碎解离和静电分离组合工艺相比，废锂电池正极组成材料钴 酸锂和乙炔黑与铝箔间的热解分离可实现铝箔从钴酸锂和乙炔黑粉料中的高效脱除，进 而大大简化了分离富集钴酸锂的进一步高值化精制处理。附图说明 图1为实施例1废锂电池负极组成材料分离效果图。其中(a)为拆解所得的废锂 电池负极，(b)为剪切成片状的废锂电池负极，(c)为分离所得的碳及乙炔黑粉末，(d)为分离所得的金属铜富集体。 图2为实施例2废锂电池正极组成材料分离效果图。其中(a)为拆解所得的废锂 电池正极，(b)为剪切成片状的废锂电池正极，(c)为分离所得的钴酸锂及乙炔黑粉末，(d) 为分离所得的金属铝富集体。具体实施例方式下面通过实施例进一步说明本专利技术。 实施例1 :在普通锤式破碎机转子下部设置10目的筛板，用其对废锂电池负极 进行锤振剥离，所得破碎颗粒经后续振动过筛可实现金属铜与负极碳粉和乙炔黑粉末的 高效分离，分离效果见图l所示。其中铜粒尺寸介于IO目 30目之间，品位大于95%， 回收率大于93%。 实施例2:在常压、温度为45(TC的条件下对片状正极处理45分钟，然后振动撞 击筛分铝箔与钴酸锂和乙炔黑混合料，分离效果见图2所示，其中钴酸锂和乙炔黑混合 料的回收率高达98%以上。权利要求一种废锂电池电极组成材料的资源化分离工艺，具体步骤如下(1)对废锂电池负极组成材料的分离，即将拆解所得的废锂电池负极材料剪切成片状，然后放入锤式破碎机中对粘附于负极铜箔表面的碳粉和乙炔黑粉末进行锤击振动剥离；在锤式破碎机转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种废锂电池电极组成材料的资源化分离工艺，具体步骤如下：　　（１）对废锂电池负极组成材料的分离，即将拆解所得的废锂电池负极材料剪切成片状，然后放入锤式破碎机中对粘附于负极铜箔表面的碳粉和乙炔黑粉末进行锤击振动剥离；在锤式破碎机转子下部设置１０－２０目的筛板，经锤击破碎小于筛板孔径的负极颗粒通过筛板小孔落入下方的筛分设备；尺寸大于筛板孔径的负极材料在锤式破碎机内被循环锤振破碎，直至尺寸小于筛板孔径；落入筛分设备的破碎颗粒利用颗粒间的尺寸差和形状差经振动过筛实现锤振剥离后金属铜与非金属碳粉和乙炔黑粉末的分离；　　（２）对废锂电池正极组成材料的分离，即将废锂电池正极剪切成片状，然后送入操作温度为３５０℃～５５０℃的滚筒式热解设备中进行处理，处理时间为１０分钟－６０分钟，粘结铝箔与钴酸锂和乙炔黑的有机粘结剂受热分解，组成材料相互剥离的电池正极从热解设备的另一端连续排出，经后续带有撞击构件的筛分设备振动撞击过筛，实现电池正极铝箔与钴酸锂和乙炔黑粉料的分离。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺文智，李光明，黄菊文，张骁君，周旭，康俊峰，
申请(专利权)人：同济大学，伟翔环保科技发展上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[]