CN101242016B - 废旧镍氢电池成份的资源化分离和循环生产方法 - Google Patents

Abstract

废旧镍氢电池成份的资源化分离和循环生产方法涉及一种用物理方法把废旧镍氢电池中各种成分，包括外壳、电解液、正极材料、负极材料、粘结剂、负极集电体穿孔钢带的物理分离方法，以及分离获得的纯净电极材料再利用方案，为废旧镍氢电池的资源化和循环生产提供了一条低成本的路线。该物理分离路线如图所示。分离得到的正极片可以用化学方法转换成可用于新电池生产的正极材料；储氢合金粉经洗涤、调整金属比例、熔炼、研磨、过筛得到可用于新电池生产的负极材料，从而完成了镍氢电池的循环生产。

Description

废旧镍氢电池成份的资源化分离和循环生产方法

技术领域

本发明涉及一类用物理方法把废旧镍氢电池中各种成分，包括外壳、电解液、正极材料、储氢合金、集电体穿孔钢带的物理分离方法，以及分离获得的正极材料和储氢合金的再利用方案，为废旧镍氢电池的资源化和镍氢电池的循环生产提供了一条低成本的路线。

背景技术

镍氢(NiMH)电池是一种绿色能源，具有能量密度高、输出功率大、无污染等特性，已应用于无线通讯、电动工具以及混合动力汽车等领域。近年来，锂离子电池因为能量密度更高，在高端应用中取代了镍氢电池。尽管如此，镍氢电池在电池市场中仍占有相当大的份额。在中国，镍氢电池的年产量一直稳步增长。据统计，2005年镍氢电池产量超过9.6亿只。2006年，中国镍氢电池产量以超过15％的速度增长，达到11亿只左右。

使用几年的镍氢电池寿命就会达到终点。据一些技术研究，镍氢电池的平均寿命根据使用强度各不相同，若使用强度不高，寿命可以达到7年，但通信设备使用的镍氢电池只有2年。这些废旧电池中含有大量的有价金属，如镍、钴、稀土等，具有很高的回收价值。这在近年来，镍、钴、稀土价格快速增长的背景下，回收再利用变得越来越吸引人。如果再考虑到环境的有效保护、资源的合理利用和经济的可持续发展，镍氢电池的回收和再利用势在必行。

镍氢电池的回收再利用问题牵扯大量的技术、经济和环境保护因素，若方法不当，可能会导致经济效益低下和二次环境污染的问题。例如，已有的镍氢电池回收方案大致可以分为两类：第一类为湿法提取技术，包括整体破碎、酸浸取、元素的逐一分离等步骤，以获得相应元素的化合物或金属为目的。这种方法工序复杂，成本高，有二次污染的危险；第二类是一种物理分离加化学处理的方案，首先使用物理(机械)的方法将废旧镍氢电池分离为外壳、正极、负极粉、穿孔钢带和隔膜，然后辅以适当的化学处理以获得可以用于新的镍氢电池生产的原料。这种方法能耗低，操作简单，二次污染的风险要小得多，具有高的经济效益。

本发明采用了后一种方案，提供了一种可以把废旧镍氢电池中各种成分，包括外壳、正极、负极粉、穿孔钢带和隔膜分离的方法，并以分离获得的材料为原料，再生正负极材料，为废旧镍氢电池的资源化和循环生产提供了一条低成本的路线。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供废旧镍氢电池成份的资源化分离和循环生产方法，通过物理方法把废旧镍氢电池的各种成分分离开来的方法，并以分离得到的成分为原料生产用于新电池生产的电极材料。

技术方案：本发明的废旧镍氢电池成份的资源化分离和循环生产方法为：将废旧电池的所有成分都通过物理(机械)方法分离，然后将获得的正极片和储氢合金粉进行化学处理，以得到可用于新镍氢电池生产所需的原料；

所述的物理(机械)分离方法为：

1)用机械方法把废电池破碎，把金属外壳和电池内芯分离开来；

2)用水把电池的电解液洗出，并过滤出来，得到电解液和电池内芯的所有固体成分，把电解液直接用于正极材料的生产；

3)把除去电解液的电池固体成分切片，干燥，用磁选装置把正极片、负极片、储氢合金粉和电池隔膜分离，得到一些储氢合金粉；

4)使用超声辅以机械搅拌让储氢合金粉与负极集电体-穿孔钢带的彻底分离，得到的储氢合金粉与步骤3)得到的储氢合金粉合并。

废旧镍氢电池正极片的化学处理方法是，将上面得到的部分正极片在氧气存在的条件下氧化，以得到Ni₂O₃；将此Ni₂O₃与剩余的正极片在水溶液中进行处理，即得到需要的正极材料Ni(OH)₂。

废旧镍氢电池正极片的一种化学处理方法是，将上面得到的部分正极片在氧气存在的条件下氧化，以得到Ni₂O₃；将此Ni₂O₃与剩余的正极片在水溶液中进行处理，即得到需要的正极材料Ni(OH)₂。正极片也可以溶于酸，调节各种离子的浓度，然后用碱沉淀得到Ni(OH)₂，该方法已在文献中有报道。

废旧镍氢电池储氢合金粉的处理方法也有文献报道。一般使用弱酸除去合金粉上的氢氧化物，然后经添加部分元素、高温熔炼、制粉后即可形成可用于新电池生产的储氢合金粉。

至此，我们使废旧镍氢电池的各种成分分离，并从分离得到的材料获得了可用于新电池生产的电极材料，从而实现了镍氢电池的循环生产。

有益效果：本发明涉及的是一种将废旧镍氢电池各种成分的物理分离，以及从分离得到的电池成分生产用于新电池生产的电极材料的方法。该方法最大程度的保留了电池材料的可用性，最小程度地产生低附加值的副产品，是一种符合循环经济原则的生产技术。

附图说明

图1是废旧镍氢电池的物理分离流程示意图。

具体实施方式

1.电池的机械破碎：

为了使后处理变得较为容易，电池的破碎应当使用较为温和的方式。在实验室中，可以使用钢锯把已放掉残余电量的电池外壳锯开；在工业上，采用一种可以把已放掉残余电量的电池的塑料和金属外壳剥离的机械，从而把电池的金属外壳与电池内芯分开。

现有镍氢电池一般采用正负极活性材料分别涂敷在泡沫镍和穿孔钢带上，并使用隔膜使电极材料脱离直接接触的方法。为了使后续处理较为方便，电极片随后应切成1cm到5cm见方的碎片。

2.电解液与其它固体内容物的分离

使用脱除了二氧化碳的水可以把电池内容物中含有的电解液洗出来，通过过滤操作可以使电解液与固体物质分离开来，下文中把此滤液称为电解液溶液。

3.正极片、隔膜与负极片的分离

上面得到的固体物质中含有正极片、负极片和隔膜，此外，因为废旧镍氢电池负极片的储氢合金粉极易脱落，因此还含有部分储氢合金粉。使用磁选装置可以把上面四个成分完全分离，因为负极片(穿孔钢带)、正极片、负极粉依次受到越来越弱的吸引作用，隔膜不受磁铁吸引。负极片通常仍附有一些储氢合金粉，但在超声波作用下，这些储氢合金粉可以完全脱落，再次磁选或过筛可得到穿孔钢带和储氢合金粉。将两部分储氢合金粉合并。

4.正极片的处理与新正极材料的合成

通常镍氢电池的正极片是氢氧化镍附着于泡沫镍上形成的。可以通过如下两种方法获得用于新电池生产的氢氧化镍：(1)用适量3mol·l^-1的盐酸处理正极片，结果正极片全部转化成NiCl₂溶液，并放出一些氢气。过滤除去不能溶解的粘结剂等，分析滤液中镍的含量，并以其为基准，加不同的金属盐调整各元素的比例，在氮气保护下加碱共沉淀得到需要的正极材料α或β-Ni(OH)₂；(2)将部分正极片在氧气存在的条件下氧化，以得到Ni₂O₃。将此Ni₂O₃与剩余的正极片在含有其它必需离子的水溶液中共处理，即得到需要的正极材料α或β-Ni(OH)₂。

5.储氢合金粉的再生

第3步获得的储氢合金粉通常含有少量的氢氧化稀土。用NaAc-HAc缓冲溶液进行处理1h，用水洗缓冲溶液浸泡过的负极粉，抽滤，至滤液为中性，干燥后经补充流失元素、高温熔炼、研磨过200目筛，即得新的储氢合金粉。

Claims (1)

1.一种废旧镍氢电池成份的资源化分离和循环生产方法，其特征在于将废旧电池的所有成分都通过物理方法分离，然后将获得的正极片和储氢合金粉进行化学处理，以得到可用于新镍氢电池生产所需的原料；

所述的物理分离方法为：

1)用机械方法把废电池破碎，把金属外壳和电池内芯分离开来；

2)用水把电池的电解液洗出，并过滤出来，得到电解液和电池内芯的所有固体成分，把电解液直接用于正极材料的生产；

3)把除去电解液的电池固体成分切片，干燥，用磁选装置把正极片、负极片、储氢合金粉和电池隔膜分离，得到一些储氢合金粉；

4)使用超声辅以机械搅拌让储氢合金粉与负极集电体-穿孔钢带彻底分离，得到的储氢合金粉与步骤3)得到的储氢合金粉合并；

废旧镍氢电池正极片的化学处理方法是，将上面得到的部分正极片在氧气存在的条件下氧化，以得到Ni₂O₃；将此Ni₂O₃与剩余的正极片在水溶液中进行处理，即得到需要的正极材料Ni(OH)₂。