CN106099234B - 一种电解分离废旧锂离子电池中正极材料与铝集流体的方法 - Google Patents

一种电解分离废旧锂离子电池中正极材料与铝集流体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电解分离废旧锂离子电池中正极材料与铝集流体的方法，包括以下步骤：将废旧锂电池放电后拆解，取出其中的正极片，并清洗；将正极片的四周密封后固定于电解槽中，在电解槽中加入电解液，使正极片充分浸润；以正极片作为阳极、铅板作为阴极，将正极片中的铝集流体通过导线与电源正极连接、将铅板通过导线与电源负极连接，通电后进行电化学反应，与正极材料相接触的界面处的铝发生电解，而使铝集流体分离出来；粘附在铝集流体上的正极材料脱落掉入电解液，得到铝集流体，再对电解液筛分得到正极材料。本发明从内部直接破坏铝集流体与正极材料的接触界面，使正极材料和铝集流体充分分离；对铝集流体的回收率可以达到99%以上。

Description

一种电解分离废旧锂离子电池中正极材料与铝集流体的方法
技术领域
本发明涉及废旧锂离子电池回收技术领域，特别涉及一种电解分离废旧锂离子电池中正极材料与铝集流体的方法。
背景技术
近年来，锂离子电池已经走进了千家万户，锂离子电池的使用量不仅在3C领域稳步增长，还在电动汽车领域更是呈现爆发式的增长。随着锂电产能的大幅增加，锂电行业面临两个重大的问题，一是锂电资源的慢慢枯竭，开采量跟不上需求；二是随着锂电池生命周期的完成，大量废弃锂电池的产生将导致严重的环境污染问题。因此，对废旧锂电池进行回收将具有重要的意义，不仅创造巨大的经济价值，还可能缓解潜在的环境危机。
业界对废旧电池的回收技术尚处在摸索和开发阶段，各方面技术都有待成熟和完善。正极作为锂电池的重要组成部分，其含有锂、钴、镍和锰等稀有金属，对其进行回收可以缓解资源危机，并创造巨大的经济价值。正极活性物质是通过PVDF等有机粘结剂与铝集流体粘附在一起的，为了实现更有效的分选回收，往往需先将正极材料与铝集流体分离。但由于正极材料与集流体的结合力相当牢固，直接使用机械进行分离是很难奏效。目前，分离正极材料和铝集流体的思路大致包括：高温去除粘结剂、有机溶液溶解粘结剂和碱液溶解铝集流体。其中高温处理的弊端在于温度需要很高，其能耗较高，且粘结剂焚烧产生的废弃需要增加额外的回收装置。有机溶液溶解粘结剂方法中由于有机溶剂的粘度较大，溶解后会造成后续正极材料不好过筛等问题。而碱液溶解存在耗费时间较长，消耗液量较大和溶解过程会产生大量的废气等问题。因此，目前的分离途径都或多或少的存在其问题。
发明内容
本发明提出了一种新的分离正极材料和铝集流体的方法，其特征是通过电解来去除正极材料和铝箔界面处的铝，破坏正极材料和铝箔的接触界面，从而达到分离的目的。
为了实现本发明目的采用以下技术方案：
一种电解分离废旧锂离子电池中正极材料与铝集流体的方法，包括以下步骤：
(1)将废旧锂电池放电后拆解，取出其中的正极片，并将正极片用去离子水清洗干净；
(2)将正极片的四周密封后固定于电解槽中，在电解槽中加入电解液，使正极片充分浸润；
(3)以正极片作为阳极、铅板作为阴极，将正极片中的铝集流体通过导线与电源正极连接、将铅板通过导线与电源负极连接，通电后进行电化学反应，与正极材料相接触的界面处的铝发生电解，而使铝集流体分离出来；
(4)粘附在铝集流体上的正极材料脱落掉入电解液，得到铝集流体，再对电解液筛分得到正极材料。
进一步方案，将正极片设于电解槽的中间，在正极片的两侧对称设置铅板，且使正极片上涂覆有正极材料的端面正对着铅板。
进一步方案，所述电解液为磷酸电解液、碱性电解液、高氯酸电解液，硫酸电解液或氢氟酸电解液。
进一步方案，所述步骤(2)中电化学反应的电流为10-40A/dm2、反应温度为80-95℃、电解时间为3-10min。
本发明将正极片直接用做电解阳极，由于正极材料薄膜具有一定的孔隙率，在电场作用下，电解液可以通过正极材料薄膜而到达铝集流体的界面，使其发生电解反应。从而使铝集流体和正极材料相接触的界面被破坏，使得正极材料直接从铝集流体脱落而分离开。
将正极片的四周密封后固定于电解槽，保证电解液只通过正极片的正面接触铝集流体的表面，加快分离速度。
所以，本发明的有益效果是：
1、本发明创新性地提出了一种新的电解法分离正极片中正极材料与铝集流体的方法，目前还尚未见相关报道；
2、本发明从内部直接破坏铝集流体与正极材料的接触界面，使正极材料和铝集流体充分分离；
3、本发明的分离方法简单，不需要进行传统锂电池回收工艺中使用强酸强碱溶解铝箔和正极材料分离减少了原辅料的投放和工艺流程步骤，节约了成本且提高了效率；且不会产生废弃物和废气，对环境友好。
4、该方法也未采用NMP、DMAC、DMF等有机溶剂，减小了由于大量有机溶剂引入造成的对环境的污染及回收工艺的高成本，简化整个废旧锂电池集流体回收流程并增加回收产品，通过本发明分离方法对铝集流体的回收率可以达到99％以上。
5、本发明解决了锂电池资源回收利用问题，为电动汽车的发展解除后顾之忧，其不会产生废酸或废碱的二次污染，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明中电化学反应的电解槽结构示意图。
需要说明的是，附图装置只是示例本发明的具体实施方式，其唯一的目的是为了说明不同部件相对于本发明具体实施方式的相对布置情况。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明所述的电解分离正极材料和铝集流体进行说明，所述的实施例只是对本发明权利要求的具体描述，权利要求包括但不限于所述的实施例内容。
实施例1
(1)将尺寸为宽89mm*高144mm*厚12.5mm的废旧叠片电池经过放电后拆解，取出其中的正极片，经清洗后获得69mm*139mm(高*宽)的正极片；
(2)将正极片的四周密封后固定于电解槽中，在电解槽中加入由60％H3PO4+40％C2H5OH体系溶液构成的电解液，使正极片浸泡在电解液中不少于10min，使其充分浸润；
(3)以正极片作为阳极、以对称设置在正极片两侧的铅板作为阴极，使正极片上涂覆有正极材料的端面正对着铅板；将正极片中的铝集流体通过导线与电源正极连接、将铅板通过导线与电源负极连接，通电后进行电化学反应，与正极材料相接触的界面处的铝发生电解，而使铝集流体分离出来；其中电化学反应的电流为40A/dm2、反应温度为80℃、电解时间为3min；
(4)粘附在铝集流体上的正极材料脱落掉入电解液，得到整块的铝集流体，直接取下回收；再对电解液筛分得到正极材料。
实施例2
其电解设备如图1所示，将正极片3置于装有电解液7的电解槽1的正中间作为阳极，以对称放置在正极片3的两侧的两个铅板2作为阴极，并使正极片3上涂覆有正极材料的端面正对着铅板2；然后将正极片3中的铝集流体4通过导线5与电源6的正极连接、将两个铅板2通过导线5与电源6的负极连接，通电后进行电化学反应，与正极材料相接触的界面处的铝发生电解，而使铝集流体分离出来。
实施例3
(1)将尺寸为宽89mm*高144mm*厚12.5mm的废旧叠片电池经过放电后拆解，取出其中的正极片，经清洗后获得69mm*139mm(高*宽)的正极片；
(2)将正极片的四周密封后固定于电解槽中，在电解槽中加入由20％Na2CO3+8％Na2SiO3+2％Na3PO3碱性水溶液构成的电解液，使正极片浸泡在电解液中不少于10min，使其充分浸润；
(3)以正极片作为阳极、以对称设置在正极片两侧的铅板作为阴极，使正极片上涂覆有正极材料的端面正对着铅板；将正极片中的铝集流体通过导线与电源正极连接、将铅板通过导线与电源负极连接，通电后进行电化学反应，与正极材料相接触的界面处的铝发生电解，而使铝集流体分离出来；其中电化学反应的电流为10A/dm2、反应温度为95℃、电解时间为10min；
(4)粘附在铝集流体上的正极材料脱落掉入电解液，得到整块的铝集流体，直接取下回收；再对电解液筛分得到正极材料。

Claims (4)

1.一种电解分离废旧锂离子电池中正极材料与铝集流体的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将废旧锂电池放电后拆解，取出其中的正极片，并将正极片用去离子水清洗干净；
（2）将正极片的四周密封后固定于电解槽中，在电解槽中加入电解液，使正极片充分浸润；
（3）以正极片作为阳极、铅板作为阴极，将正极片中的铝集流体通过导线与电源正极连接、将铅板通过导线与电源负极连接，通电后进行电化学反应，与正极材料相接触的界面处的铝发生电解，而使铝集流体分离出来，所述电化学反应的电流为10-40A/dm2、电解时间为3-10min；
（4）粘附在铝集流体上的正极材料脱落掉入电解液，得到铝集流体，再对电解液筛分得到正极材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将正极片设于电解槽的中间，在正极片的两侧对称设置铅板，且使正极片上涂覆有正极材料的端面正对着铅板。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电解液为磷酸电解液、碱性电解液、高氯酸电解液、硫酸电解液或氢氟酸电解液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）反应温度为80-95°C。
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