CN106941198A - 一种利用热裂解回收锂离子电池废弃物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用热裂解回收锂离子电池废弃物的方法，所述方法是使所述的锂离子电池废弃物在真空或气体保护下进行加热，通过加热作用使粘接正极材料与正极集流体的粘接剂或/和使粘接负极材料与负集流体的粘接剂或/和隔膜分解，从而使正极材料与正极集流体分离或/和使负极材料与负极集流体分离或/和使隔膜上粘附的正极材料和负极材料与隔膜相分离。采用本发明方法，不仅可以实现锂离子电池废弃物的资源化回收利用，而且环保，适于规模化处理；相对于现有技术，本发明具有显著性进步和深远社会意义。

Description

一种利用热裂解回收锂离子电池废弃物的方法

技术领域

本发明涉及一种电池的回收方法，具体说，是涉及一种利用热裂解回收锂离子电池废弃物的方法。

背景技术

现在由于电子产品的报废越来越多，用于电子产品的锂离子电池的报废量也越来越大，如何环保回收锂离子电池也越来越重要。现有技术中已有关于锂离子电池的相关回收技术，如：中国专利申请CN01130735.8、发明名称为《从废锂离子电池中回收金属的方法》，该发明虽然也能达到回收其中金属的目的，但在回收过程中采用了高温炉焙烧，并且还采用了加入酸溶蚀的手段，回收过程中不仅产生了新的环境污染，而且成本高、工艺复杂，不适合规模化回收要求。因此，研发一种效率高、无污染、成本低的回收锂离子电池废弃物的方法，将对解决废弃锂离子电池的污染和资源化问题具有重要价值和社会意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种分离效率高、工艺简单、无污染、成本低的利用热裂解回收锂离子电池废弃物的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用热裂解回收锂离子电池废弃物的方法，所述的锂离子电池废弃物来源于废旧锂离子电池或锂离子电池生产中产生的废品，包括电池芯，所述的电池芯包括正极、负极、隔膜和电解液，所述的正极包括正极材料、正极集流体和正极极耳，所述的负极包括负极材料、负极集流体和负极极耳；所述方法是使所述的锂离子电池废弃物在真空或气体保护下进行加热，通过加热作用使粘接正极材料与正极集流体的粘接剂或/和使粘接负极材料与负集流体的粘接剂或/和隔膜分解，从而使正极材料与正极集流体分离或/和使负极材料与负极集流体分离或/和使隔膜上粘附的正极材料和负极材料与隔膜相分离。

由于锂离子电池结构复杂、材料成分多，特别是其中的粘接剂是非常稳定的材料如聚偏四氟乙烯，所以现在难以回收利用。目前采用的方法是直接焚烧，然后通过碱、酸处理，焚烧的目的是使其中的粘接剂聚偏四氟乙烯与氧气发生氧化反应，从而使粘接剂掺合料失效，正负极材料从正负极上脱落，同时其中的隔膜也会发生燃烧。但这种处理方法会造成污染，同时其它材料如铝箔、锂盐等也会与氧气发生化学反应，回收率低。而本发明采用的是热裂解法，就是通过加热的方式使聚偏四氟乙烯分解成小分子，粘接失效，正负极材料从正负极上脱落。因在分解过程中是在真空或气体保护条件下，因此不会与氧发生化学反应，其它的材料仍然保持原状，所以材料回收率高。

作为进一步优选方案，所述气体是不与需要处理的锂离子电池废弃物发生化学反应的气体。由于气体不参与化学反应，所以回收率高。

作为进一步优选方案，加热温度不低于粘接剂的分解或分离温度。当加热的温度大于粘接剂的分解或分离温度才会使正负极材料从正负极上脱落，如聚偏四氟乙烯的分解温度是从390度开始分解。

作为进一步优选方案，所述加热温度在隔膜的分解温度以上。当加热温度达到隔膜的分解温度后，隔膜就会变成油或气排出，如聚乙烯在400度以上开始分解。

作为进一步优选方案，对所述的锂离子电池废弃物进行加热时，通过回收装置对所分解的气体进行回收。因分解会产生氟化物、油或/和气，因此通过回收一方面可以减少污染，另一方面可以再利用。例如：在气体回收装置里加入氢氧化钠溶液可以将氟化氢吸收后反应生成氟化钠。

作为进一步优选方案，将分解产物进行筛分，使分解所得的正极材料、负极材料与正极集流体、负极集流体相分离。因正极材料、负极材料是粉状，而正极集流体、负极集流体是片状，另外两者的比重也不同，因此通过筛分可使其相分离。

作为进一步优选方案，将分离得到的正极材料与负极材料的混合物进行焙烧处理，使正极材料与负极材料相分离。由于现在的负极材料是石墨粉，通过焙烧石墨粉氧化成二氧化碳气体逸出，从而只剩下正极材料，实现两者的分离。

作为进一步优选方案，将分离得到的带有正极极耳的正极集流体或/和带有负极极耳的负极集流体进行破碎，然后采用磁流体分选法或磁选法使极耳与集流体相分离。由于现在的极耳是采用金属镍，因镍有磁性而铜没有，因此通过磁选可以实现两者的分离。

作为进一步优选方案，当正极与负极混合在一起时，将混合物放入到溶液里，所述溶液的比重需大于正极小于负极，从而使正负极通过比重原理相分离，再分别进行回收处理。因为先将混合在一起的正极与负极分开，将会使后面的回收处理变简单。由于正极与负极的比重不同，例如：正极是铝箔上粘附正极材料，比较轻，而负极是铜箔，比较重，当将正极与负极的混合物放入到溶液里，所述溶液的比重大于正极小于负极时，正极会浮在溶液的表面，负极会沉在溶液的下面，从而实现两者的分离。

作为进一步优选方案，当筛分得到的正极集流体与负极集流体混合在一起时，利用两者的熔点或/和比重差异使两者分离。如当正极集流体是铝箔而负极集流体是铜箔时，当溶液的比重大于铝的比重时，负极集流体会沉入到溶液里而正极集流体会浮在溶液表面，从而实现两者的分离。同样也可利用两者熔点的区别，使正极集流体与负极集流体混合物中的铝箔熔化成液体而铜箔仍然保持原状，从而实现两者的分离。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、环保：在回收过程中，没有废水、废气及废渣产生。

2、资源化：对其中的正极集流体、负极集流体、正极材料、隔膜都能进行回收利用。

附图说明

图1是实施例1提供的一种对废弃锂离子电池的负极资源化回收的工艺流程图。

图2是实施例2提供的一种对废弃锂离子电池的正极资源化回收的工艺流程图。

图3是实施例3提供的一种对废弃锂离子电池的隔膜资源化回收的工艺流程图。

图4是实施例4提供的一种对锂离子电池的正、负极混合物进行资源化回收的工艺流程图。

图5是实施例5提供的一种对锂离子电池的正、负极及隔膜混合物进行资源化回收的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细阐述：

实施例1

参照图1所示，本实施例提供的是一种对废弃锂离子电池的负极进行资源化回收的工艺，具体流程如下：

将从生产中产生的或从废弃锂离子电池中分离的负极放入高温热裂解炉里进行加热，通过加热使粘接负极材料与负极集流体的粘接剂裂解，从而使负极材料从集流体上脱离下来。由于通常用于粘接负极材料与负极集流体的粘接剂是聚偏四氟乙烯，而聚偏四氟乙烯是从390度开始分解，因此高温裂解炉的温度一般控制在400-450度。使加热裂解产生的气体排出，对排出的气体进行气体吸收，然后综合利用；炉内剩下的是负极集流体和负极材料的混合物，通过筛分可得到相分离的负极材料和负集流体；由于负集流体上焊接有负极极耳，而负极极耳一般是由镍制成，负极集流体一般由铜制成，因镍具有磁性，而铜没有磁性，因此通过对负集流体进行粉碎后再进行磁选，可得到相分离的负极极耳和负极集流体。

实施例2

参照图2所示，本实施例提供的是一种对废弃锂离子电池的正极进行资源化回收的工艺，具体流程如下：

将从生产中产生的或从废弃锂离子电池中分离的正极放入高温热裂解炉里进行加热，通过加热使粘接正极材料与正极集流体的粘接剂裂解，从而使正极材料从正集流体上脱离下来。由于通常用于粘接正极材料与正极集流体的粘接剂是聚偏四氟乙烯，而聚偏四氟乙烯是从390度开始分解，因此高温裂解炉的温度一般控制在400-450度。使加热裂解产生的气体排出，对排出的气体进行气体吸收，然后综合利用；炉内剩下的是正极集流体和正极材料的混合物，通过筛分可得到相分离的正极材料和正集流体。

实施例3

参照图3所示，本实施例提供的是一种对废弃锂离子电池的隔膜进行资源化回收的工艺，具体流程如下：

将从废弃锂离子电池中分离的隔膜放入高温热裂解炉里进行加热，通过加热使隔膜裂解。由于通常采用的隔膜是由聚乙烯或聚丙烯制成，而聚乙烯或聚丙烯的分解温度在400-430度，因此将炉温控制在400-450度。使加热裂解产生的气体排出，对排出的气体进行气体吸收，然后综合利用；炉内剩下的是从隔膜上脱落下来的正极材料和负极材料的混合物，通过比重原理可使正极材料与负极材料相分离。

实施例4

参照图4所示，本实施例提供的是一种对锂离子电池的正、负极混合物进行资源化回收的工艺，具体流程如下：

将从生产中产生的或从废弃锂离子电池中分离的正极和负极的混合物放入高温热裂解炉里进行加热，通过加热使粘接正极材料与正集流体的粘接剂及粘接负极材料与负极集流体的粘接剂裂解，从而使正极材料从正极集流体上脱离下来及负极材料从负极集流体上脱离下来。由于通常用于粘接正极材料与正极集流体及粘接负极材料与负极集流体的粘接剂均是聚偏四氟乙烯，而聚偏四氟乙烯是从390度开始分解，因此高温裂解炉的温度一般控制在400-450度。使加热裂解产生的气体排出，对排出的气体进行气体吸收，然后综合利用；炉内剩下的是正、负极材料和正、负极集流体的混合物，通过筛分可得到相分离的正、负极材料的混合物和正、负极集流体的混合物；对得到的正、负极材料的混合物通过比重原理进行分离，得到相分离的正极材料和负极材料；对得到的正、负极集流体的混合物通过比重原理进行分离，得到相分离的正极集流体和负极集流体；对得到的负集流体进行粉碎后再进行磁选，可得到相分离的负极极耳和负极集流体。

实施例5

参照图5所示，本实施例提供的是一种对锂离子电池的正、负极及隔膜混合物进行资源化回收的工艺，具体流程如下：

将从生产中产生的或从废弃锂离子电池中分离的正、负极和隔膜的混合物放入高温热裂解炉里进行加热，通过加热使粘接正极材料与正集流体的粘接剂及粘接负极材料与负极集流体的粘接剂以及隔膜均发生裂解，从而使正极材料从正极集流体上脱离下来及负极材料从负极集流体上脱离下来。由于通常用于粘接正极材料与正极集流体及粘接负极材料与负极集流体的粘接剂均是聚偏四氟乙烯，通常采用的隔膜是由聚乙烯或聚丙烯制成，而聚偏四氟乙烯是从390度开始分解，聚乙烯或聚丙烯的分解温度在400-430度，因此将炉温控制在400-450度。使加热裂解产生的气体排出，对排出的气体进行气体吸收，然后综合利用；炉内剩下的是正、负极材料和正、负极集流体的混合物，通过筛分可得到相分离的正、负极材料的混合物和正、负极集流体的混合物；对得到的正、负极材料的混合物通过比重原理进行分离，得到相分离的正极材料和负极材料；对得到的正、负极集流体的混合物通过比重原理进行分离，得到相分离的正极集流体和负极集流体；对得到的负集流体进行粉碎后再进行磁选，可得到相分离的负极极耳和负极集流体。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用热裂解回收锂离子电池废弃物的方法，所述的锂离子电池废弃物来源于废旧锂离子电池或锂离子电池生产中产生的废品，包括电池芯，所述的电池芯包括正极、负极、隔膜和电解液，所述的正极包括正极材料、正极集流体和正极极耳，所述的负极包括负极材料、负极集流体和负极极耳；其特征在于：所述方法是使所述的锂离子电池废弃物在真空或气体保护下进行加热，通过加热作用使粘接正极材料与正极集流体的粘接剂或/和使粘接负极材料与负集流体的粘接剂或/和隔膜分解，从而使正极材料与正极集流体分离或/和使负极材料与负极集流体分离或/和使隔膜上粘附的正极材料和负极材料与隔膜相分离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述气体是不与需要处理的锂离子电池废弃物发生化学反应的气体。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：加热温度不低于粘接剂的分解或分离温度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加热温度在隔膜的分解温度以上。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对所述的锂离子电池废弃物进行加热时，通过回收装置对所分解的气体进行回收。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将分解产物进行筛分，使分解所得的正极材料、负极材料与正极集流体、负极集流体相分离。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：将分离得到的正极材料与负极材料的混合物进行焙烧处理，使正极材料与负极材料相分离。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：将分离得到的带有正极极耳的正极集流体或/和带有负极极耳的负极集流体进行破碎，然后采用磁流体分选法或磁选法使极耳与集流体相分离。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当正极与负极混合在一起时，将混合物放入到溶液里，所述溶液的比重需大于正极小于负极，从而使正负极通过比重原理相分离，再分别进行回收处理。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：当筛分得到的正极材料与负极材料混合在一起时，利用两者的熔点或/和比重差异使两者分离。