CN101170204A - 废旧锂离子电池真空碳热回收工艺 - Google Patents

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朱建新
张付申
陈梦君
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Abstract

废旧锂离子电池真空碳热回收工艺，其工艺分为三个工序，即预处理工序、成型干燥工序和真空热处理工序；所述的预处理工序，即将废旧锂离子电池拆解或破碎后，利用机械或化学力把钴酸锂粉从铝片上剥落下来；所述的成型干燥工序，即将剥落下的钴酸锂粉与还原剂、粘合剂混合均匀并制粒或制块，再将制成的粒或块的物料干燥至水分含量小于1％；所述的真空炉处理工序是将粒状或块状物料装入料舟中，将料舟送入真空炉内进行真空热处理，真空炉挥发出的有机物和金属蒸气经冷凝器冷却后捕获。处理完成后分别回收料舟中的金属钴和冷凝器中的金属锂。该工艺流程简单、金属回收效率高、耗能小、不产生二次污染。

Description

废旧锂离子电池真空碳热回收工艺
技术领域
本发明属于环境保护领域的废旧锂离子电池资源化处理工艺，尤其适合于金属钴资源的再生和利用。
技术背景
锂离子电池自1992年由索尼公司产业化以来，迅速成为小电器和移动通讯设备的主要电源。我国是全球最大的手机使用国，也是全球最大的锂离子生产和使用国之一。2003年，我国的锂离子电池生产量已达3.38亿只，并且每年仍在增加。锂离子电池的有效充放电次数一般为400～600次，寿命一般为3年左右。据此计算，仅2003年，锂离子电池的废弃量就在3亿只左右。近年来，随着锂离子电池使用量的不断增加，锂离子电池的废弃量也将不断增多，废锂离子电池已经成为固体废物中不可忽视的部分。如何妥善处理它们，是人们面临的一大问题。
从另一方面看，废旧锂电池如果可以实现有效资源化利用，将会对弥补我国钴资源短缺、确保钴工业可持续发展起到积极有效的推动作用。我国是钴资源极为匮乏但市场需求量巨大的国家之一，单一钴土矿的含量只占全国总含量的2％，平均品位只有0.3％，伴生钴矿的品位为0.02％。由于每年在国内钴资源生产的钴量不到1000吨，因此我国需要花费大量的外汇进口含钴原料。与常规钴原料相比，废弃锂离子电池中的钴含量一般在15％以上，远远高于矿石和其它原料的品位，如果能够有效利用将会产生极大的经济和环境效益。
目前，废旧锂离子电池处理技术可分为两类：①湿法浸出处理技术；②火法煅烧与湿法浸出相结合处理技术。湿法浸出处理主要包括电池破碎或剥离、酸浸出(盐酸、硝酸、硫酸等)和分离(沉淀、络合、萃取等方法)等过程，其操作条件温和，浸出温度一般小于80℃，但浸出液成分复杂，分离步骤较多且产生大量二次废液。
火法与湿法相结合处理技术主要包括破碎或剥离(或直接连行焚烧)、焚烧或热处理和湿法浸出分离等过程，其特点是工艺相对简单，但能耗较高，电解质溶液和电极中其它成分燃烧过程中会产生有害气体，造成环境污染。综上可以看出，现有的锂离子电池回收技术存在着工艺复杂、资源回收率低和二次污染严重的问题。
发明内容
本发明的目的正是为了克服上述现有技术存在的不足而提供一种工艺流程简单、金属回收效率高、耗能小、不产生二次污染的废旧锂电池真空碳热回收工艺。
废旧锂离子电池真空碳热回收工艺，其特征在于，生产工艺分为三个工序，即预处理工序、成型干燥工序和真空热处理工序；所述的预处理工序，即将废旧锂离子电池拆解或破碎后，利用机械或化学力把钴酸锂粉从铝片上剥落下来；所述的成型干燥工序，即将剥落下的钴酸锂粉与还原剂、粘合剂混合均匀并制粒或制块，再将制成的粒或块的物料干燥至水分含量小于1％；所述的真空热处理工序是将粒状或块状物料装入料舟中，将料舟送入真空炉内进行真空热处理，真空炉挥发出的有机物和金属蒸气经冷凝器冷却后捕获。处理完成后分别回收料舟中金属钴和冷凝器中金属锂。
本发明的主要应用对象为以钴酸锂为正极材料的废锂离子电池或电池生产废料。所述的成型干燥工序由混料、制粒或制块和干燥组成，制粒或制块所用的粘结剂为工业淀粉，加入量为钴酸锂粉重量的1～3％；还原剂为碳粉、煤粉或其它含碳材料，加入量为钴酸锂重量的24～27％，干燥温度为120～150℃。所述真空热处理工序，其真空炉的加热方式为间接加热，真空炉的炉膛温度为1000～1200℃，真空度为10～1000Pa，冷凝器温度为20～80℃。
下面结合说明书附图及实施例进一步阐述本发明的内容。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，废旧锂离子电池真空碳热回收工艺主要分为三个工序，即预处理工序、成型干燥工序和真空热处理工序。本实施例中，废锂离子电池由北京某锂电池公司提供。首先将废旧锂电池利用稀盐水放电；放电完毕后，将废旧锂离子电池拆解，利用机械力把钴酸锂粉从铝片上剥落下来；将剥落下的钴酸锂粉中加入2％的粘结剂和25％的活性碳粉作为还原剂，混合均匀并制粒，再将制成粒状物料干燥至水分含量小于1％。
干燥后样品装入不锈钢料舟中，将料舟装入真空炉中，设定温度为1000～1200℃，真空度为10～1000Pa，冷凝器温度为20～80℃，时间为4小时后出料。加热过程中挥发出的金属和有机物蒸气利用设置在炉外的冷凝器捕获。冷凝器的温度控制在0℃左右。处理完成后，钴主要集中在料舟中，锂主要集中于冷凝器中。料舟残留物中钴的纯度＞95％；冷凝器收到到锂的纯度＞70％。二者均可以作为高品位有价金属资源使用。

Claims (4)

1.废旧锂离子电池真空碳热回收工艺，其特征在于，生产工艺分为三个工序，即预处理工序、成型干燥工序和真空热处理工序；所述的预处理工序，即将废旧锂离子电池拆解或破碎后，利用机械或化学力把钴酸锂粉从铝片上剥落下来；所述的成型干燥工序，即将剥落下的钴酸锂粉与还原剂、粘合剂混合均匀并制粒或制块，再将制成的粒或块的物料干燥至水分含量小于1％；所述的真空热处理工序是将粒状或块状物料装入料舟中，将料舟送入真空炉内进行真空热处理，真空炉挥发出的有机物和金属蒸气经冷凝器冷却后捕获。处理完成后分别回收料舟中金属钴和冷凝器中金属锂。
2.根据权利要求书1所述的废旧锂离子电池真空碳热回收工艺，其特征在于，废旧锂离子电池中的正极活性物质为钴酸锂。
3.根据权利要求书1所述的废旧锂离子电池真空碳热回收工艺，其特征在于，所述的成型干燥工序由混料、制粒或制块和干燥组成，制粒或制块所用的粘结剂为工业淀粉，加入量为钴酸锂粉重量的1～3％；还原剂为碳粉、煤粉或其它含碳材料，加入量为钴酸锂重量的24～27％，干燥温度为120～150℃。
4.根据权利要求书1所述的废旧锂离子电池真空碳热回收工艺，其特征在于，所述真空热处理工序，其真空炉的加热方式为间接加热，真空炉的炉膛温度为1000～1200℃，真空度为10～1000Pa，冷凝器温度为20～80℃。
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