CN102637921A - 一种新型高效废旧锂离子电池资源化综合利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型高效废旧锂离子电池资源化综合利用方法，分为三个工序，预处理工序、分选工序和真空热处理工序；所述的预处理工序，将废旧锂离子电池在水介质中利用剪切式破碎机将废旧锂离子电池破碎，并使正负极材料从极板剥落下来；所述的分选工序，利用废旧锂离子电池各组分密度的不同，将浮在水面的聚乙烯膜或聚丙烯膜及塑料外壳等分离回收，过滤后滤液处理后循环使用；所述的真空热处理工序是将分选工序所得非导体废旧锂离子电池正负极材料钴酸锂和乙炔黑置于料舟或直接置于炉膛内进行真空热处理。该方法流程简单、回收效率高、不需外加还原剂、不产生二次污染。

Description

一种新型高效废旧锂离子电池资源化综合利用方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，涉及一种废旧锂离子电池资源化处理处置，具体涉及一种新型高效废旧锂离子电池资源化综合利用方法，适合于金属钴及金属锂资源的再生利用。
背景技术
自1991年日本Sony公司第一次成功推出商品化的锂离子电池以来，因其具有电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、寿命长等优点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等民用及军事应用领域。我国是全球最大的手机使用国，也是全球最大的锂离子电池生产和使用国。2004年我国的锂离子电池产量超过了6亿只，并且每年仍在增加，寿命一般在3年左右。自锂离子电池问世以来，已有大量的锂离子电池进入回收处理阶段，而且随着锂离子电池使用量的不断增加，其废弃量也将不断增加。废旧锂离子电池不仅含有钴等战略资源及锂、铝、铜等有价金属，而且其品位远高于一般矿石含量(如我国原生铜矿的工业品位约为0.5％，钴矿床的工业品位约为0.02％)。因此，废旧锂离子电池资源化处理，尤其是在自然资源供求矛盾日益严峻的今天，具有极其重要的资源经济效益，其资源化处理处置已成为电子废弃物处理处置中的热点。
目前，废旧锂离子电池资源化处理技术大致可分为两类：①湿法浸出回收技术；②煅烧与浸出相结合的回收技术。湿法浸出回收技术主要包括电池破碎或剥离、酸(盐酸、硝酸及硫酸等)浸出和分离(沉淀、络合及萃取等方法)等过程。操作条件温和，浸出温度一般低于80℃，但浸出液成分复杂，分离步骤较多，且产生大量的二次废液。煅烧与浸出相结合的回收技术主要包括破碎(或剥离)、焚烧、热处理和浸出分离等过程，特点是工艺相对简单，但该方法的热处理能耗较高、电解质回收和资源回收率不高、电解液和电极中其他成分通过燃烧转变为二氧化碳等气体及其他有害成分(如五氧化二磷等)会造成二次污染。综上所述，现有的锂离子电池资源化处理技术存在着资源化回收效率低和二次污染严重的问题，急需一种安全高效环保的新技术以推进废旧锂离子电池的资源化回收处理。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术所存在的上述不足，提供本发明提供一种工艺简单、易工业化、锂钴回收效率高、不产生二次污染的新型高效废旧锂离子电池资源化综合利用方法。
其技术方案为：
一种新型高效废旧锂离子电池资源化综合利用方法，分为三个工序，预处理工序、分选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在水介质中利用剪切式破碎机将废旧锂离子电池破碎，并使正负极材料从极板剥落下来；
所述的分选工序，即将破碎后的废旧锂离子电池与水的混合物，利用废旧锂离子电池各组分密度的不同，将浮在水面的聚乙烯膜或聚丙烯膜及塑料外壳等分离回收，过滤后滤液处理后循环使用，去除聚乙烯膜或聚丙烯膜及塑料外壳的滤渣干燥后，利用电选法分离回收废旧锂离子电池的正负极板铝薄和铜薄及金属外壳等金属导体，而余下的非导体废旧锂离子电池正负极材料钴酸锂和乙炔黑进入真空热处理工序；
所述的真空热处理工序是将分选工序所得非导体废旧锂离子电池正负极材料钴酸锂和乙炔黑置于料舟或直接置于炉膛内进行真空热处理，钴酸锂在高温条件下被乙炔黑还原生成金属锂和金属钴，因金属锂的蒸汽压较低，真空条件下挥发后经冷凝器冷却后捕获，待反应完成后，冷却，取出料舟或炉膛里的残渣，利用磁选法分离回收金属钴与未反应完的乙炔黑。
进一步优选，预处理工序中所述破碎在水介质中进行，分选后废水经饱和石灰水处理后循环利用，聚乙烯膜或聚丙烯膜及塑料外壳干燥温度为50～60℃，滤渣干燥温度为100～150℃。
进一步，所述真空热处理工序，其真空加热方式为间接加热，温度为900～1200℃，真空度为10～1000Pa，冷凝温度为小于500℃。
本发明的有益效果：本发明的方法不需外加还原剂、工艺简单、易工业化、锂钴回收效率高，所得金属钴和金属锂的纯度均大于96％，且不产生二次污染。
附图说明
图1是本发明所述方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明的方法作进一步详细地说明。
一种新型高效废旧锂离子电池资源化综合利用方法，分为三个工序，预处理工序、分选工序和真空热处理工序
实施例1：
如图1所示，在本实施例中，首先将锂离子电池在水介质中利用剪切式破碎机将其破碎并使正负极材料从正负极板上剥落下来；利用浮洗法去除聚乙烯膜或聚丙烯膜及塑料外壳，于60℃下干燥，过滤后滤液用饱和石灰水处理后循环利用，滤渣于120℃下干燥，干燥后利用电选法以分离正负极板铝箔和铜箔及金属外壳等金属导体；将电选余下的钴酸锂和乙炔黑混合物装入料舟或直接置于炉膛内，10Pa，1000℃下反应4h，冷凝器温度为400℃。处理完毕后，在冷凝器中回收金属锂。料舟或炉膛内残留物利用磁选法分离，以回收金属钴和未反应完的乙炔黒。所得金属钴和金属锂的纯度均大于97％。
实施例2：
如图1所示，在本实施例中，首先将锂离子电池在水介质中利用剪切式破碎机将其破碎并使正负极材料从正负极板上剥落下来；利用浮洗法去除聚乙烯膜或聚丙烯膜及塑料外壳，于60℃下干燥，过滤后滤液用饱和石灰水处理后循环利用，滤渣于105℃下干燥，干燥后利用电选法以分离正负极板铝箔和铜箔及金属外壳等金属导体；将电选余下的钴酸锂和乙炔黑混合物装入料舟或直接置于炉膛内，100Pa，1100℃下反应4h，冷凝器温度为400℃。处理完毕后，在冷凝器中回收金属锂。料舟或炉膛内残留物利用磁选法分离，以回收金属钴和未反应完的乙炔黒。所得金属钴和金属锂的纯度均大于96％。
实施例3：
如图1所示，在本实施例中，首先将锂离子电池在水介质中利用剪切式破碎机将其破碎并使正负极材料从正负极板上剥落下来；利用浮洗法去除聚乙烯膜或聚丙烯膜及塑料外壳，于60℃下干燥，过滤后滤液用饱和石灰水处理后循环利用，滤渣于120℃下干燥，干燥后利用电选法以分离正负极板铝箔和铜箔及金属外壳等金属导体；将电选余下的钴酸锂和乙炔黑混合物装入料舟或直接置于炉膛内，1000Pa，1200℃下反应4h，冷凝器温度为400℃。处理完毕后，在冷凝器中回收金属锂。料舟或炉膛内残留物利用磁选法分离，以回收金属钴和未反应完的乙炔黒。所得金属钴和金属锂的纯度均大于96％。
实施例4：
如图1所示，在本实施例中，首先将锂离子电池在水介质中利用剪切式破碎机将其破碎并使正负极材料从正负极板上剥落下来；利用浮洗法去除聚乙烯膜或聚丙烯膜及塑料外壳，于60℃下干燥，过滤后滤液用饱和石灰水处理后循环利用，滤渣于120℃下干燥，干燥后利用电选法以分离正负极板铝箔和铜箔及金属外壳等金属导体；将电选余下的钴酸锂和乙炔黑混合物装入料舟或直接置于炉膛内，100Pa，1200℃下反应4h，冷凝器温度为400℃。处理完毕后，在冷凝器中回收金属锂。料舟或炉膛内残留物利用磁选法分离，以回收金属钴和未反应完的乙炔黒。所得金属钴和金属锂的纯度均大于96％。
实施例5：
如图1所示，在本实施例中，首先将锂离子电池在水介质中利用剪切式破碎机将其破碎并使正负极材料从正负极板上剥落下来；利用浮洗法去除聚乙烯膜或聚丙烯膜及塑料外壳，于50℃下干燥，过滤后滤液用饱和石灰水处理后循环利用，滤渣于150℃下干燥，干燥后利用电选法以分离正负极板铝箔和铜箔及金属外壳等金属导体；将电选余下的钴酸锂和乙炔黑混合物装入料舟或直接置于炉膛内，10Pa，900℃下反应4h，冷凝器温度为400℃。处理完毕后，在冷凝器中回收金属锂。料舟或炉膛内残留物利用磁选法分离，以回收金属钴和未反应完的乙炔黒。所得金属钴和金属锂的纯度均大于96％。
实施例6：
如图1所示，在本实施例中，首先将锂离子电池在水介质中利用剪切式破碎机将其破碎并使正负极材料从正负极板上剥落下来；利用浮洗法去除聚乙烯膜或聚丙烯膜及塑料外壳，于60℃下干燥，过滤后滤液用饱和石灰水处理后循环利用，滤渣于120℃下干燥，干燥后利用电选法以分离正负极板铝箔和铜箔及金属外壳等金属导体；将电选余下的钴酸锂和乙炔黑混合物装入料舟或直接置于炉膛内，10Pa，1000℃下反应4h，冷凝器温度为500℃。处理完毕后，在冷凝器中回收金属锂。料舟或炉膛内残留物利用磁选法分离，以回收金属钴和未反应完的乙炔黒。所得金属钴和金属锂的纯度均大于96％。
实施例7：
如图1所示，在本实施例中，首先将锂离子电池在水介质中利用剪切式破碎机将其破碎并使正负极材料从正负极板上剥落下来；利用浮洗法去除聚乙烯膜或聚丙烯膜及塑料外壳，于60℃下干燥，过滤后滤液用饱和石灰水处理后循环利用，滤渣于120℃下干燥，干燥后利用电选法以分离正负极板铝箔和铜箔及金属外壳等金属导体；将电选余下的钴酸锂和乙炔黑混合物装入料舟或直接置于炉膛内，10Pa，1100℃下反应4h，冷凝器温度为500℃。处理完毕后，在冷凝器中回收金属锂。料舟或炉膛内残留物利用磁选法分离，以回收金属钴和未反应完的乙炔黒。所得金属钴大于96％，金属锂的纯度大于97％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，该方法主要处理对象为锂电池或锂离子电池。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种新型高效废旧锂离子电池资源化综合利用方法，其特征在于，分为三个工序，预处理工序、分选工序和真空热处理工序；
所述的预处理工序：将废旧锂离子电池在水介质中利用剪切式破碎机将废旧锂离子电池破碎，并使正负极材料从极板剥落下来；
所述的分选工序：将破碎后的废旧锂离子电池与水的混合物，利用废旧锂离子电池各组分密度的不同，将浮在水面的聚乙烯膜或聚丙烯膜及塑料外壳分离回收，过滤后滤液处理后循环使用，去除聚乙烯膜或聚丙烯膜及塑料外壳的滤渣干燥，利用电选法分离废旧锂离子电池的正负极板铝薄和铜薄及金属外壳金属导体，余下的非导体废旧锂离子电池正负极材料钴酸锂和乙炔黑进入真空热处理工序；
所述的真空热处理工序：将分选工序所得非导体废旧锂离子电池正负极材料钴酸锂和乙炔黑置于料舟或直接置于炉膛内进行真空热处理，钴酸锂在高温条件下被乙炔黑还原生成金属锂和金属钴，因金属锂的蒸汽压较低，真空条件下挥发后经冷凝器冷却后捕获，待反应完成后，冷却，取出料舟或炉膛里的残渣，利用磁选法分离回收金属钴与未反应完的乙炔黑。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预处理工序中所述破碎在水介质中进行，分选后废水经饱和石灰水处理后循环利用，聚乙烯膜或聚丙烯膜及塑料外壳干燥温度为50～60℃，滤渣干燥温度为100～150℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述真空热处理工序，其真空加热方式为间接加热，温度为900～1200℃，真空度为10～1000Pa，冷凝温度为小于500℃。
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