CN101692510B - 废锂电池电极组成材料的资源化分离工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明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。本发明工艺简单、高效、容易控制且清洁环保。

Description

废锂电池电极组成材料的资源化分离工艺
技术领域
本发明涉及一种废锂电池电极组成材料的资源化分离工艺。
背景技术
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1-3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。
发明内容
本发明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。
本发明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℃～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。
本发明中，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。
本发明中，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。
本发明适用范围：
(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350℃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。
本发明的优点：
1、本发明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。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
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1所示。其中铜粒尺寸介于10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450℃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。

Claims (1)

1.一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材料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碎片在锤式破碎机内被循环锤振破碎，直至尺寸小于筛板孔径；落入筛分设备的负极材料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，经过相互剥离的电池正极组成材料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。
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