CN107275707A - 废旧锂离子电池正极片回收方法及装置 - Google Patents

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李宝华
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Abstract

本发明提供一种废旧锂离子电池正极片回收方法，主要步骤包括将废旧锂离子电池拆解后得到的正极片完全浸入浓度为1‑5mol/L的盐酸溶液中并在200‑600W的超声功率下超声10‑100s，得到铝箔及含有从所述正极片上剥落下来的碎片的悬浮液，优点在于：回收的铝箔表面没有残留粉体，可以保证90％以上的铝箔直接回收。本发明还提供一种适用于上述回收方法的装置，机械化程度高，能够大大的提高回收效率，可批量回收正极片。

Description

废旧锂离子电池正极片回收方法及装置
【技术领域】
本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种废旧锂离子电池正极片回收方法及适用于该回收方法的装置。
【背景技术】
锂离子电池由于电压高、比能量大、循环寿命长、安全性能好等优点而广泛应用于电动汽车、手机及笔记本中，然而，随着锂离子电池的大量应用，废旧电池的回收变得十分重要。电池回收不仅节约了原料，更重要的是能够减少对环境的污染。
锂离子电池正极片主要由三部分组成：作为集流体的铝箔，涂覆于铝箔表面的正极活性材料(如磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂或三元材料)及聚偏氟乙烯、炭黑等添加剂。对废旧锂离子电池拆解后发现铝箔表面紧密粘结有粉体，且难以分离，导致铝箔回收困难。
现有技术中，回收正极片中的铝箔需要将铝箔完全溶解于酸/碱溶液中，工艺复杂、效率低且分离成本高。
【发明内容】
本发明提出一种废旧锂离子电池正极片回收方法及适用于该回收方法的装置，能够快速高效的回收正极片中的铝箔。
本发明提供的废旧锂离子电池正极片回收方法，包括以下步骤：
1)将废旧锂离子电池拆解后得到的正极片水洗并烘干；
2)将步骤1)烘干后的正极片完全浸入浓度为1-5mol/L的盐酸溶液中并在200-600W的超声功率下超声10-100s，得到铝箔及含有从所述正极片上剥落下来的碎片的悬浮液；
3)将步骤2)得到的所述铝箔从所述悬浮液中取出后水洗并烘干；
4)将步骤2)得到的所述悬浮液进行抽滤以收集滤渣，将所述滤渣水洗后烘干并研磨。
在一个优选实施方式中，烘干均是在80-100℃的温度范围内进行。
在一个优选实施方式中，步骤2)中，盐酸溶液装于一反应容器内，所述反应容器位于一超声清洗机的水槽中；步骤1)烘干后的正极片由设有多个夹子的旋转盘夹持运输并进出所述反应容器。
本发明提供的废旧锂离子电池正极片回收装置，包括反应容器、超声清洗机及旋转运输架，所述旋转运输架包括固定座及固定连接于所述固定座的旋转盘、电机及升降气缸，所述反应容器位于所述超声清洗机的水槽中并与所述旋转盘间隔相对设置；所述旋转盘的边缘固定悬挂有多条连接线，每条连接线远离所述旋转盘的一端安装有一个用于夹持正极片的夹子；所述电机能够驱动所述旋转盘在水平方向上转动，所述升降气缸能够带动所述旋转盘在竖直方向上移动。
在一个优选实施方式中，所述旋转盘在电机的驱动下进行间歇性转动，每次旋转角度达到预设角度θ后停止转动，停止时长达到预设时间T1后继续转动；所述旋转盘在升降气缸的带动下进行间歇性移动，在所述旋转盘停止转动时，所述升降气缸推动所述旋转盘从垂直方向的初始位置移动至最低位置后停止移动，停止时长达到预设时间T2后再次移动至初始位置。
在一个优选实施方式中，所述预设时间T1的大小等于所述预设时间T2加上旋转盘从初始位置移动至最低位置的时间及旋转盘从最低位置移动至初始位置的时间。
在一个优选实施方式中，当所述旋转盘位于垂直方向的初始位置时，通过夹子所夹持的正极片均位于所述反应容器的上方且部分正极片位于所述反应容器的正上方；当所述旋转盘位于最低位置时，之前位于所述反应容器正上方的部分正极片完全伸入到所述反应容器的内部。
在一个优选实施方式中，所述反应容器由玻璃制成。
在一个优选实施方式中，所述连接线及所述夹子由塑料制成。
使用本发明提供的废旧锂离子电池正极片回收方法回收的铝箔表面没有残留粉体，可以保证90％以上的铝箔直接回收；该回收方法结合了化学法和物理法，能够快速实现铝箔与表面粉体的分离，并且回收的铝箔和细粉产物更易于和后续的回收工艺相结合。此外，本发明提供的适用于上述回收方法的装置机械化程度高，能够大大的提高回收效率，可批量回收正极片。
【附图说明】
图1为本发明提供的废旧锂离子电池正极片回收方法的流程图。
图2为本发明提供的废旧锂离子电池正极片回收装置的示意图。
图3为图2所示的废旧锂离子电池正极片回收装置的旋转运输架的结构示意图。
【具体实施方式】
请参阅图1，本发明提供一种废旧锂离子电池正极片回收方法，包括以下步骤：
1)将废旧锂离子电池拆解后得到的正极片水洗并烘干；
2)将步骤1)烘干后的正极片完全浸入浓度为1-5mol/L的盐酸溶液中并在200-600W的超声功率下超声10-100s，得到铝箔及含有从所述正极片上剥落下来的碎片的悬浮液；
3)将步骤2)得到的所述铝箔从所述悬浮液中取出后水洗并烘干；
4)将步骤2)得到的所述悬浮液进行抽滤以收集滤渣，将所述滤渣水洗后烘干并研磨。
具体的，步骤2)中，盐酸溶液装于一反应容器内，所述反应容器位于一超声清洗机的水槽中；步骤1)烘干后的正极片由设有多个夹子的旋转盘夹持运输并进出所述反应容器。
优选的，烘干均在80-100℃的温度范围内的干燥箱中进行。
请参阅图2及图3，本发明还提供一种废旧锂离子电池正极片回收装置100，包括反应容器10、超声清洗机20及旋转运输架30。所述旋转运输架30包括固定座31及固定连接于所述固定座31的旋转盘32、电机33及升降气缸34。所述旋转盘32的边缘固定悬挂有多条连接线35，每条连接线35远离所述旋转盘32的一端安装有一个夹子36。所述电机33能够驱动所述旋转盘32在水平方向上转动；所述升降气缸34能够带动所述旋转盘32在竖直方向上移动。每个夹子36能夹持一个正极片40并带着所述正极片40随着所述旋转盘32进行水平方向上的转动或竖直方向上的移动。
具体的，所述反应容器10内装有盐酸溶液并放置于所述超声清洗机20的水槽中，为了避免所述反应容器10在超声时出现明显晃动，可以借助固定夹等工具对所述反应容器10的位置进行固定。所述旋转盘32在所述电机33的驱动下进行间歇性转动，即每次旋转经过的角度大小达到预设角度θ后停止转动，停止时长达到预设时间T1后继续旋转。所述旋转盘32在所述升降气缸34的带动下进行间歇性移动，在所述旋转盘32停止转动时，所述升降气缸34推动所述旋转盘32从初始位置移动至最低位置后停止运动，停止时长达到预设时间T2后再次移动至初始位置。
可以理解的，所述预设时间T1的大小等于所述预设时间T2加上所述旋转盘32从初始位置移动至最低位置的时间及所述旋转盘32从最低位置移动至初始位置的时间。所述预设时间T2的大小由所述正极片40与盐酸溶液的反应时间所决定。当所述旋转盘32位于初始位置时，通过多个夹子36夹持的多个正极片40位于所述反应容器10的上方且部分正极片40位于所述反应容器10的正上方，为了提高作业效率而进行连续作业时，所述旋转盘32通过所述夹子36所夹持的正极片40的数量要远远大于所述反应容器10每次能够容纳的正极片40的数量，因此每次只能够有部分正极片40能够落入所述反应容器10；当所述旋转盘32位于最低位置时，之前位于所述反应容器10正上方的部分正极片40伸入到所述反应容器10的内部并完全浸入盐酸溶液中。所述预设角度θ的大小可以控制每次浸入盐酸溶液中的正极片40的数量。
进一步的，与盐酸溶液反应后的正极片40变成铝箔后由对应一个夹子36夹持着离开所述反应容器10，取下铝箔后可将一个待处理的正极片40夹持于该夹子，然后随着所述旋转盘32运动。
进一步的，所述反应容器10由玻璃制成，超声效果好。所述连接线35及夹子36由塑料制成，不与盐酸溶液反应。
实施例1
将废旧锂离子电池拆解后得到的正极片用纯水洗涤2次后放入80℃的干燥箱内烘干，然后将烘干过的每个正极片40由对应一个夹子36夹持固定；同时将放置于所述超声清洗机20水槽内的所述反应容器10中注入浓度为5mol/L的盐酸溶液；接下来接通所述旋转运输架30的电源，使所述旋转盘32带动正极片40在所述电机33及所述升降气缸34的作用下运动。本实施方式中，所述预设时间T2的大小为10s，即每个正极片40与盐酸溶液中的反应时间为10s，且所述超声清洗机20的超声功率为400W。接下来将与盐酸溶液反应完成后并离开所述反应容器10得到的铝箔取下，用纯水洗涤后放入80℃的干燥箱内烘干；最后将所述反应容器10中剩下的悬浮液最后将剩下的悬浮液倒入抽滤装置中，把收集到的滤渣用纯水冲洗并放入80℃的干燥箱内烘干，研磨成细粉后用于后续回收程序。
进一步的，将本实施方式回收得到的干净铝箔进行称量，结果表明：回收到的铝箔的质量达到了制备该种锂离子电池所需铝箔的质量的93％。
实施例2
将废旧锂离子电池拆解后得到的正极片用纯水洗涤2次后放入80℃的干燥箱内烘干，然后将烘干过的每个正极片40由对应一个夹子36夹持固定；同时将放置于所述超声清洗机20水槽内的所述反应容器10中注入浓度为1mol/L的盐酸溶液；接下来接通所述旋转运输架30的电源，使所述旋转盘32带动正极片40在所述电机33及所述升降气缸34的作用下运动。本实施方式中，所述预设时间T2的大小为60s，即每个正极片40与盐酸溶液中的反应时间为60s，且所述超声清洗机20的超声功率为400W。接下来将与盐酸溶液反应完成后并离开所述反应容器10得到的铝箔取下，用纯水洗涤后放入80℃的干燥箱内烘干；最后将所述反应容器10中剩下的悬浮液最后将剩下的悬浮液倒入抽滤装置中，把收集到的滤渣用纯水冲洗并放入80℃的干燥箱内烘干，研磨成细粉后用于后续回收程序。
进一步的，将本实施方式回收得到的干净铝箔进行称量，结果表明：回收到的铝箔的质量达到了制备与废旧锂离子电池相同的电池时所需要的铝箔的质量的92％。
使用本发明提供的废旧锂离子电池正极片回收方法回收的铝箔表面没有残留粉体，可以保证90％以上的铝箔直接回收；该回收方法结合了化学法和物理法，能够快速实现铝箔与表面粉体的分离，并且回收的铝箔和细粉产物更易于和后续的回收工艺相结合。此外，本发明提供的适用于上述回收方法的装置机械化程度高，能够大大的提高回收效率，可批量回收正极片。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施局限于这些说明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种废旧锂离子电池正极片回收方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将废旧锂离子电池拆解后得到的正极片水洗并烘干；
2)将步骤1)烘干后的正极片完全浸入浓度为1-5mol/L的盐酸溶液中并在200-600W的超声功率下超声10-100s，得到铝箔及含有从所述正极片上剥落下来的碎片的悬浮液；
3)将步骤2)得到的所述铝箔从所述悬浮液中取出后水洗并烘干；
4)将步骤2)得到的所述悬浮液进行抽滤以收集滤渣，将所述滤渣水洗后烘干并研磨。
2.如权利要求1所述的废旧锂离子电池正极片回收方法，其特征在于：烘干均是在80-100℃的温度范围内进行。
3.如权利要求1所述的废旧锂离子电池正极片回收方法，其特征在于：步骤2)中，盐酸溶液装于一反应容器内，所述反应容器位于一超声清洗机的水槽中；步骤1)烘干后的正极片由设有多个夹子的旋转盘夹持运输并进出所述反应容器。
4.一种废旧锂离子电池正极片回收装置，其特征在于：包括反应容器、超声清洗机及旋转运输架，所述旋转运输架包括固定座及固定连接于所述固定座的旋转盘、电机及升降气缸，所述反应容器位于所述超声清洗机的水槽中并与所述旋转盘间隔相对设置；所述旋转盘的边缘固定悬挂有多条连接线，每条连接线远离所述旋转盘的一端安装有一个用于夹持正极片的夹子；所述电机能够驱动所述旋转盘在水平方向上转动，所述升降气缸能够带动所述旋转盘在竖直方向上移动。
5.如权利要求4所述的废旧锂离子电池正极片回收装置，其特征在于：所述旋转盘在电机的驱动下进行间歇性转动，每次旋转角度达到预设角度θ后停止转动，停止时长达到预设时间T1后继续转动；所述旋转盘在升降气缸的带动下进行间歇性移动，在所述旋转盘停止转动时，所述升降气缸推动所述旋转盘从垂直方向的初始位置移动至最低位置后停止移动，停止时长达到预设时间T2后再次移动至初始位置。
6.如权利要求5所述的废旧锂离子电池正极片回收装置，其特征在于：所述预设时间T1的大小等于所述预设时间T2加上旋转盘从初始位置移动至最低位置的时间及旋转盘从最低位置移动至初始位置的时间。
7.如权利要求5所述的废旧锂离子电池正极片回收装置，其特征在于：当所述旋转盘位于垂直方向的初始位置时，通过夹子所夹持的正极片均位于所述反应容器的上方且部分正极片位于所述反应容器的正上方；当所述旋转盘位于最低位置时，之前位于所述反应容器正上方的部分正极片完全伸入到所述反应容器的内部。
8.如权利要求4所述的废旧锂离子电池正极片回收装置，其特征在于：所述反应容器由玻璃制成。
9.如权利要求4所述的废旧锂离子电池正极片回收装置，其特征在于：所述连接线及所述夹子由塑料制成。
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