CN102277495A - 从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法 - Google Patents

从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法 Download PDF

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Abstract

一种从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法，是将回收的废旧锂离子二次电池完全放电，使该废旧电池各负极片上的可逆锂离子全部转移至正极，在正极片上形成锂盐；将所述放电处理后的电池，用机械拆解的物理方式将正极片完整地取出，烘干；用金属锂或可覆锂的材料做负极片配合由前步骤处理后的各正极片，放入有电解液的专用化成槽中经电联接后，正负极片组分别接到直流电源的正、负极汇流排，进行外化成处理，使可逆的锂离子从所述各正极片转移至所述各负极片上沉积；将所述经外化成处理后的各正、负极片取出，则负极片上析出的金属锂可直接回收利用。本发明的有益效果是：能有效地将可逆锂资源统一收集起来，回收的锂金属资源达95％以上，纯度在99.9％以上，而且此方法原理简单，设备简易，具有良好的产业化前景。

Description

从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法
技术领域 发明涉及二次电池，尤其涉及废蓄电池有用部件的再生，特别是涉及从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法。
背景技术 锂离子二次电池，简称锂离子电池是一种综合性能较好的可充电化学电池，具有工作电压高、比能量大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点，被广泛用于移动通讯、笔记本电脑、便携式工具、矿灯、电力助动车和电动汽车等应用领域。除已经大量应用于计算机(Computer)、通信(Communication)和消费类电子产品(Consumer Electronics)的所谓3C产品外，锂离子二次电池有望成为未来电动汽车的主要动力来源，届时电池的使用量将数倍增长。目前市场上的锂离子二次电池使用的正极材料主要是钴酸锂(LiCoO2)、尖晶石锰酸锂(LiMn2O4)，以及磷酸亚铁锂(LiFePO4)，另外还有少数采用镍酸锂(LiNiO2)以及其他二元/三元材料，以上几种材料均含有宝贵的金属锂资源。锂离子二次电池使用的正极材料量很大，对于不可再生的金属资源的消耗是十分可观，所以在锂离子二次电池使用量与日俱增之际，回收废旧锂离子二次电池中经济价值高、含量较大的金属，对实现节能减排、可持续发展，具有重要意义，既可以防止环境污染，又可回收各种宝贵金属资源。
虽然锂离子二次电池的商业化生产技术在近十年来日益成熟，但相应的废旧锂离子二次电池回收技术的研究和开发则显得比较滞后，现有技术废旧锂离子二次电池回收处理办法主要为物理分选法及化学溶蚀纯化法，回收流程主要为电池拆解后进行热处理，以分解有机物质，再进行破碎筛分，接着进行有价值金属的分离和纯化等。
而且现有技术往往先提纯和回收钴、铝等金属资源后，再进行锂离子资源的回收。经过一系列费时耗能的化学处理后得到的锂离子产物纯度亦不高，且大多处于实验室研究阶段，成功的工业化应用方面的报道还很少，技术方面还有待优化和完善。
发明内容 本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法，解决现有技术存在的工艺复杂、纯度不高等问题。
本发明要解决所述技术问题是通过采用以下技术方案来实现：提供一种从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法，依次包括如下步骤：
A.将回收的废旧锂离子二次电池完全放电，使该废旧电池各负极片上的可逆锂离子全部转移至正极，在正极片上形成锂盐；
B.将所述放电处理后的电池，用机械拆解的物理方式将正极片完整地取出，烘干；
C.用金属锂或可覆锂的材料做负极片配合由步骤B处理后的各正极片，放入有电解液的专用化成槽中经电联接后，正负极片组分别接到直流电源的正、负极汇流排，进行外化成处理，使可逆的锂离子从所述各正极片转移至所述各负极片上沉积；
D.将所述经外化成处理后的各正、负极片取出，则负极片上析出的金属锂可直接回收利用。
步骤A中所述“电池完全放电”是指，使用放电倍率为0.05C～3C、终止电压是0.1V～0.2V。
步骤A中所述锂盐包括磷酸亚铁锂LiFePO4、钴酸锂LiCoO2、尖晶石锰酸锂LiMn2O4、镍酸锂LiNiO2和三元正极材料LiNixCoyMnzO2。
步骤B中所述“烘干”是采用烘道或真空烘干方式，烘烤温度在80℃～130℃，烘烤时间6h以上。
步骤C中所述“经电联接”是指所述各正极片与负极片分别用串联、并联和/或混联方式联接成为正、负极片组。
步骤C中“将所述正、负析片级分别接至直流电源的正、负极汇流排”所用正极导线是铝质的，所用负极导线是铜质的。
步骤C中所述专用化成槽是在充满不与金属锂反应的惰性气体并设置有防爆装置的密封环境中工作，所述环境温度在0℃～50℃范围内，水分湿度小于1％；氧含量小于20ppm；所述外化成处理所用化成电流是0.02C～2C，化成时间为30min～55h。所述不与金属锂反应的惰性气体包括氦、氖和氩，所述气体纯度≥99.9％。
本发明要解决所述技术问题还提供一种盛有电解液的专用外化成槽，用于从废旧锂离子二次电池回收金属锂的工艺过程，将其置于充满包括纯度氩气的惰性气体且安装有自动防爆装置的环境中，所述的专用外化成槽包括化成池、一对槽排和正、负汇流排；所述正、负汇流排分别固定于所述槽排上部；所述槽排的一面设有极片固定槽，该极片固定槽的宽度W是所述锂离子电池极片厚度的1.1～3倍；槽排互相平行地插在所述化成池的槽池中；所述槽池的高度H，比所极片的宽稍大1～10mm。
当需要化成时，调整该槽排之间的间距L，使间距L比所述极片的长度稍大1～10mm；用螺钉将槽排两端固定在所述化成池(04)的上沿池壁上；正、负极片依次插入所述槽排极片固定槽中，用正或负极片导电夹将其分别固定，该各正、负极片导电夹又分别通过正、负极导线各自接到与其对应的正、负汇流排上，通电后即可进行外化成处理。
同现有技术相比较，本发明的有益效果在于：采用本发明的方法能有效地将可逆锂资源统一收集起来，回收的锂金属资源达95％以上，纯度在99.9％以上，较现有技术的的还原或蒸馏等方法制备出的金属锂纯度更高。而且此方法原理简单，设备简易，具有良好的产业化前景。
附图说明 图1是本发明从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法之优选实施例流程图；
图2是所述优选实施例中正极板01与负极板02分别并联联接后再接入专用外化成槽进行外化成的示意图；
图3是所述外化成槽的轴视投影示意图。
具体实施方式 下面，结合附图所示之优选实施例进一步阐述本发明。
参见图1和图2，本发明从废旧锂离子二次电池的回收金属锂的方法之优选实施例，是采用如下步骤：
A.先将回收的废旧锂离子二次电池完全放电，放电倍率在0.05C～3C，终止电压0.1V～0.2V，使得废旧电池各负极片中的可逆锂离子全部转移至正极，此时正极片形成锂含量较高的正极材料锂盐，包括LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、以及三元正极材料LiNixCoyMnzO2等。
B.采用机械拆解的物理方法把步骤A所述完全放电的废旧电池的各正极片01完整地取出后，用烘道或真空烘干等方式对正极片进行烘干，烘烤温度在80℃～130℃，烘烤时间6h以上。
C.将经步骤B烘干后的各正极片01转移至湿度小于1％的环境中；使用锂或其他可覆锂材料做负极片02配合所述正极片01，放入有普通锂离子二次电池使用的电解液的专用外化成槽04中，经电联联接成正、负极片组后，将正负极片组分别接到直流电源的正、负极汇流排07、09，进行外化成处理，使可逆的锂离子从所述各正极片01内转移到所述各负极上沉积。
D.将所述经外化成处理后的正、负极片取出，所述负极片上析出的金属锂可直接回收再利用。所述各正极片则可经过破碎，热处理，溶解以及化学沉淀等物理或化学方式回收其他金属资源。
在本实施例中，步骤C中所述“经电联接”是指所述各正极片与负析片分别用串联、并联和或混联方式联接成正、负极片组。
参见图2所的述正、负极片组与外化成槽的联接方法，在该图中各正极板01与负极板02分别插入专用外化成槽的槽排11的极片固定槽111中，其中所述各正极片01采用并联连接方式出两端用正极导电夹子05固定，再通过由铝材质或其他金属材质制成的正极导线06、以焊连接等方式引入至正极汇流排07中；所述各负极片02采用并联连接方式用负极导电夹子05’两端固定后，再通过由铜材质或其他金属制成的负极导线08、以焊连接等方式引入至负极汇流排09中。
所述专用外化成槽04在充满惰性气体，且安装有自动防暴装置的环境中，环境温度在0℃～50℃范围内，水分湿度小于1％，氧含量小于20ppm的条件下进行外化成处理，化成电流为0.02C～2C，化成时间是30min～55h，所用惰性气体包括氦、氖和氩。
用本实施例的方法可较好地从正极材料中回收如磷酸亚铁锂、锰酸锂等锂盐中的金属锂，可回收所述正极材料上的95％以上的金属锂资源。
参考图2和3，本发明要解决所述技术问题还提供一种盛有电解液的专用外化成槽，用于前述从废旧锂离子二次电池回收金属锂的工艺过程，将其置于充满包括高纯度氩气的惰性气体且安装有自动防爆装置的环境中，所述的专用外化成槽包括化成池04、一对槽排11和正、负汇流排07、09；所述正、负汇流排07、09分别固定于所述槽排11上部；所述槽排11的一面设有极片固定槽111，该极片固定槽111的宽度W是所述锂离子电池极片厚度的1.1～3倍；槽排11互相平行地插在所述化成池04的槽池中；所述槽池的高度H，比所极片的宽稍大1～10mm。
当需要化成时，调整该槽排11之间的间距L，使间距L比所述极片的长度稍大1～10mm；用螺钉将槽排11两端固定在所述化成池04的上沿池壁上；正、负极片依次插入所述槽排11极片固定槽111中，用正或负极片导电夹05、05’将其分别固定，该各正、负极片导电夹05、05’又分别通过正、负极导线06、08各自接到与其对应的正、负汇流排07、09上，通电后即可进行外化成处理。

Claims (10)

1.一种从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法，依次包括如下步骤：
A.将回收的废旧锂离子二次电池完全放电，使该废旧电池各负极片上的可逆锂离子全部转移至正极，在正极片上形成锂盐；
B.将所述放电处理后的电池，用机械拆解的物理方式将正极片完整地取出，烘干；
C.用金属锂或可覆锂的材料做负极片配合由步骤B处理后的各正极片，放入有电解液的专用化成槽中经电联接后，正负极片组分别接到直流电源的正、负极汇流排，进行外化成处理，使可逆的锂离子从所述各正极片转移至所述各负极片上沉积；
D.将所述经外化成处理后的各正、负极片取出，则负极片上析出的金属锂可直接回收利用。
2.根据权利要求1所述的从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法，其特征在于：
步骤A中所述“电池完全放电”是指，使用放电倍率为0.05C～3C、终止电压是0.1V～0.2V。
3.根据权利要求1所述的从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法，其特征在于：
步骤A中所述锂盐包括磷酸亚铁锂LiFePO4、钴酸锂LiCoO2、尖晶石锰酸锂LiMn2O4、镍酸锂LiNiO2和三元正极材料LiNixCoyMnzO2。
4.根据权利要求1所述的从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法，其特征在于：
步骤B中所述“烘干”是采用烘道或真空烘干方式，烘烤温度在80℃～130℃，烘烤时间6h以上。
5.根据权利要求1所述的从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法，其特征在于：
步骤C中所述“经电联接”是指所述各正极片与负极片分别用串联、并联和/或混联方式联接成为正、负极片组。
6.根据权利要求1所述的从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法，其特征在于：
步骤C中“将所述正、负极片分别接至直流电源的正、负极汇流排”所用正极导线是铝质的，所用负极导线是铜质的。
7.根据权利要求1所述的从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法，其特征在于：
步骤C中所述专用化成槽是在充满不与金属锂反应的惰性气体并设置有防爆装置的密封环境中工作，所述环境温度在0℃～50℃范围内，水分湿度小于1％；氧含量小于20ppm。
8.根据权利要求1所述的从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法，其特征在于：
步骤C中所述外化成处理所用化成电流是0.02C～2C，化成时间为30min～55h。
9.根据权利要求7所述的从废旧锂离子二次电池回收金属锂的方法，其特征在于：
所述不与金属锂反应的惰性气体包括氦、氖或氩，所述气体纯度≥99.9％。
10.一种盛有电解液的专用外化成槽，用于从废旧锂离子二次电池回收金属锂的工艺过程，将其置于充满包括纯度氩气的惰性气体且安装有自动防爆装置的环境中，其特征在于：
包括化成池(04)、一对槽排(11)和正、负汇流排(07、09)；所述正、负汇流排(07、09)分别固定于所述槽排(11)上部；所述槽排(11)的一面设有极片固定槽(111)，该极片固定槽(111)的宽度W是所述锂离子电池极片厚度的1.1～3倍；槽排(11)互相平行地插在所述化成池(04)的槽池中；
当需要化成时，调整该槽排(11)之间的间距L，使间距L比所述极片的长度稍大1～10mm；用螺钉将槽排(11)两端固定在所述化成池(04)的上沿池壁上；正、负极片依次插入所述槽排(11)极片固定槽(111)中，用正或负极片导电夹(05、05’)将其分别固定，该各正、负极片导电夹(05、05’)又分别通过正、负极导线(06、08)各自接到与其对应的正、负汇流排(07、09)上，通电后即可进行外化成处理。
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