CN108110366A - 一种废旧锂离子电池的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环保领域，尤其涉及一种废旧锂离子电池的处理方法，该方法包括以下步骤：a)将废旧锂离子电池按照正极材料和锂电池封装形式进行分类；b)将分类后得到的锂电池封装形式和正极材料相同的废旧锂离子电池放入裂解设备的内腔中，在高温水分子气氛下进行裂解，得到固渣和裂解废气；所述裂解设备设置有电涡流加热模块；所述裂解设备的内腔温度为400～500℃；c)所述裂解废气进行碱洗，得到脱除酸性气体的废气。本发明提供的方法可解决废旧电池在资源化利用的过程中出现有机污染的问题。

Description

一种废旧锂离子电池的处理方法
技术领域
本发明属于环保领域，尤其涉及一种废旧锂离子电池的处理方法。
背景技术
锂离子电池出现以来，由于其能量密度高、重量轻、寿命长且无记忆效应而被广泛的使用。随着数码产品的广泛普及和电池交通工具的逐步推广，锂离子电池的用量不断增加。与此同时，废旧锂离子电池的产生量也与日俱增。出于环保和资源再利用的角度，废旧锂离子电池的回收处理势在必行。
目前，废旧锂离子电池的回收处理工艺和方法已经有很多，绝大部分的工艺都集中在对废旧锂离子电池中有价金属的提炼和再利用上，但这些工艺在进行废旧锂离子电池资源化的过程中并没有对锂离子电池中的电解液、隔膜以及正负极材料中所使用的粘结剂和增塑剂等有机成分进行有效的处理，导致锂离子电池中所含有的这些有机成分会在有价金属的提炼过程中被释放出来，造成环境的污染。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种废旧锂离子电池的处理方法，本发明提供的方法可将废旧锂离子电池中的有机物分解为无机物，避免废旧电池中的有机物对环境造成污染。
本发明提供了一种废旧锂离子电池的处理方法，包括以下步骤：
a)、将废旧锂离子电池按照正极材料和锂电池封装形式进行分类；
b)、将分类后得到的锂电池封装形式和正极材料相同的废旧锂离子电池放入裂解设备的内腔中，在高温水分子气氛下进行裂解，得到固渣和裂解废气；
所述裂解设备设置有电涡流加热模块；所述裂解设备的内腔温度为400～500℃；
c)、所述裂解废气进行碱洗，得到脱除酸性气体的废气。
优选的，步骤a)中，所述废旧锂离子电池的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或锂离子电池三元正极材料。
优选的，步骤a)中，所述废旧锂离子电池的封装形式包括软包、方形和圆柱中的一种或多种。
优选的，步骤b)中，所述高温水分子气氛的压力为0.8～1.2个大气压。
优选的，步骤b)中，所述裂解的时间为0.5～3h。
优选的，步骤c)中，所述裂解废气先进行冷却，冷却后得到的气体再进行碱洗。
优选的，步骤c)中，所述碱洗的洗涤液为石灰水。
优选的，步骤c)中，所述碱洗的洗涤液中碱性物质的浓度为0.5～1mol/L。
优选的，步骤a)中，所述废旧锂离子电池的电解液包括溶质和有机溶剂；
所述溶质包括LiPF6、LiClO4和LiBF4中的一种或多种；
所述有机溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中的一种或多种。
优选的，步骤a)中，所述废旧锂离子电池中含有粘结剂和/或增塑剂；
所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚乙烯醇、氟化橡胶和聚氨酯聚烯烃中的一种或多种；
所述增塑剂包括羧甲基纤维素、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明提供了一种废旧锂离子电池的处理方法。本发明提供的处理方法包括以下步骤：a)、将废旧锂离子电池按照正极材料和锂电池封装形式进行分类；b)、将分类后得到的锂电池封装形式和正极材料相同的废旧锂离子电池放入裂解设备的内腔中，在高温水分子气氛下进行裂解，得到固渣和裂解废气；所述裂解设备设置有电涡流加热模块；所述裂解设备的内腔温度为400～500℃；c)、所述裂解废气进行碱洗，得到脱除酸性气体的废气。本发明提供的方法首先对废旧锂离子电池进行分类，避免不同种类锂离子电池由于裂解进度不同影响废旧电池整体的裂解效果；之后以保证其裂解充分，所述废旧电池采用电涡流和高温水分子加热裂解，裂解过程中电池中的有机物裂解转化为无定形碳和二氧化碳等酸性气体；最后对裂解产生的酸性气体进行碱液吸收，避免裂解产生的酸性气体对环境造成二次污染。本发明提供的方法可解决废旧电池在资源化利用的过程中出现有机污染的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1提供的PVDF热重曲线；
图2是本发明实施例1提供的SBR热重曲线；
图3是本发明实施例1提供的CMC热重曲线。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种废旧锂离子电池的处理方法，包括以下步骤：
a)、将废旧锂离子电池按照正极材料和锂电池封装形式进行分类；
b)、将分类后得到的锂电池封装形式和正极材料相同的废旧锂离子电池放入裂解设备的内腔中，在高温水分子气氛下进行裂解，得到固渣和裂解废气；
所述裂解设备设置有电涡流加热模块；所述裂解设备的内腔温度为400～500℃；
c)、所述裂解废气和碱液混合，得到脱除酸性气体的废气。
在本发明中，首先对废旧锂离子电池进行分类，所述分类按照正极材料和锂电池封装形式的不同进行。其中，所述废旧锂离子电池包括正极、负极、设置在正极和负极之间的隔膜和电解液；所述废旧锂离子电池的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或锂离子电池三元正极材料；所述废旧锂离子电池的电解液包括溶质和有机溶剂；所述溶质包括但不限于LiPF6、LiClO4和LiBF4中的一种或多种；所述有机溶剂包括但不限于碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中的一种或多种；所述废旧锂离子电池的隔膜包括但不限于单层PE(聚乙烯)隔膜或三层PP(聚丙烯)-PE-PP隔膜在本发明中，所述废旧锂离子电池中优选还含有粘结剂和/或增塑剂；所述粘结剂包括但不限于聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚乙烯醇、氟化橡胶和聚氨酯聚烯烃中的一种或多种；所述增塑剂包括但不限于羧甲基纤维素、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的一种或多种。在本发明中，所述废旧锂离子电池的封装形式包括软包、方形和圆柱中的一种或多种。其中，所述软包的外皮为铝塑膜。分类完毕后，得到封装形式和正极材料相同的废旧锂离子电池。
之后，将分类后得到的封装形式和正极材料相同的废旧锂离子电池放入裂解设备的内腔中，在高温水分子气氛下进行裂解。其中，所述裂解设备设备设置有电涡流加热模块；所述裂解设备的内腔温度为400～500℃，优选为400℃；所述高温水分子气氛的压力优选为0.8～1.2个大气压，更优选为一个大气压，即常压；所述裂解的时间为0.5～3h，具体可为0.6h、0.8h或1h。废旧锂离子电池经裂解后得到固渣和裂解废气，其中固渣的主要成分包括无定形碳、锂盐、锂的氧化物，裂解废气的主要成分为二氧化碳等酸性气体。
最后，将所述裂解废气进行碱洗，脱除废气中的酸性气体。其中，所述裂解废气优选先进行冷却，冷却后得到的气体再进行碱洗。在本发明中，所述碱洗的洗涤液优选为石灰水；所述碱洗的洗涤液中碱性物质的浓度优选为0.5～1mol/L，更优选为0.6mol/L。裂解废气经过碱洗后，得到脱除酸性气体的废气。
本发明提供的方法首先对废旧锂离子电池进行分类，避免不同种类锂离子电池由于裂解进度不同影响废旧电池整体的裂解效果；之后以保证其裂解充分，所述废旧电池采用电涡流和高温水分子加热裂解，裂解过程中电池中的有机物裂解转化为无定形碳和二氧化碳等酸性气体；最后对裂解产生的酸性气体进行碱液吸收，避免裂解产生的酸性气体对环境造成二次污染。本发明提供的方法可解决废旧电池在资源化利用的过程中出现有机污染的问题。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
对电池中常见的粘结剂PVDF(聚偏氟乙烯，山东东岳神舟新材料有限公司，型号DS202)、SBR(丁苯橡胶，缔富实业(上海)有限公司，型号SD3511S)，增塑剂CMC(羧甲基纤维素，缔富实业(上海)有限公司，型号DF9013WB)进行热重分析，结果如图1～3所示。图1是本发明实施例1提供的PVDF热重曲线，图2是本发明实施例1提供的SBR热重曲线，图3是本发明实施例1提供的CMC热重曲线。
通过图1～3的结果可以看出，电池中常见的粘结剂和增塑剂可在400℃下分解。
实施例2
1)取方形废旧锂离子电池(型号为2065140)，正极材料为磷酸铁锂，负极为石墨，隔膜为PE，有机成分的含量为20～25wt％。
2)将废旧锂离子电池放入设置有电涡流加热模块的裂解设备内腔中，在一个大气压高温水分子气氛下进行裂解处理，在400℃的温度下裂解1h，裂解过程中电池中的有机成分分解为无定形碳和二氧化碳等酸性气体。
3)将裂解得到的废气经冷却后通入到浓度时0.6mol/L的石灰水中进行吸收处理，得到脱除酸性气体的废气。
4)对废旧电池的裂解和碱性溶液吸收效果进行评价，结果显示：裂解之前的电池重量是50.01kg，裂解后裂解设备内腔中固渣的质量是37.60kg，进行碱性溶液吸收后，碱性溶液增加了12.01kg。
实施例3
1)取软包废旧锂离子电池(型号为18220300的磷酸铁锂废旧锂电池)，正极材料是磷酸铁锂，负极材料是石墨，隔膜为PE，有机成分的含量为25～30wt％。
2)将废旧锂离子电池放入设置有电涡流加热模块的裂解设备内腔中，在一个大气压高温水分子气氛下进行裂解处理，在400℃的温度下裂解0.8h，裂解过程中电池中的有机成分分解为无定形碳和二氧化碳等酸性气体。
3)将裂解得到的废气经冷却后通入到浓度时0.6mol/L的石灰水中进行吸收处理，得到脱除酸性气体的废气。
4)对废旧电池的裂解和碱性溶液吸收效果进行评价，结果显示：裂解之前的电池重量是50.01kg，裂解后裂解设备内腔中固渣的质量是34.98kg，进行碱性溶液吸收后，碱性溶液增加了14.28kg。
实施例4
1)取18650圆柱型废旧锂离子电池，正极材料是锰酸锂，负极材料是石墨，隔膜为PE，有机成分的含量为25～30wt％。
2)将废旧锂离子电池放入设置有电涡流加热模块的裂解设备内腔中，在一个大气压高温水分子气氛下进行裂解处理，在400℃的温度下裂解0.6h，裂解过程中电池中的有机成分分解为无定形碳和二氧化碳等酸性气体。
3)将裂解得到的废气经冷却后通入到浓度时0.6mol/L的石灰水中进行吸收处理，得到脱除酸性气体的废气。
4)对废旧电池的裂解和碱性溶液吸收效果进行评价，结果显示：裂解之前的电池重量是50.01kg，裂解后裂解设备内腔中固渣的质量是34.88kg，进行碱性溶液吸收后，碱性溶液增加了14.21kg。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种废旧锂离子电池的处理方法，包括以下步骤：
a)、将废旧锂离子电池按照正极材料和锂电池封装形式进行分类；
b)、将分类后得到的锂电池封装形式和正极材料相同的废旧锂离子电池放入裂解设备的内腔中，在高温水分子气氛下进行裂解，得到固渣和裂解废气；
所述裂解设备设置有电涡流加热模块；所述裂解设备的内腔温度为400～500℃；
c)、所述裂解废气进行碱洗，得到脱除酸性气体的废气。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤a)中，所述废旧锂离子电池的正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂或锂离子电池三元正极材料。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤a)中，所述废旧锂离子电池的封装形式包括软包、方形和圆柱中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤b)中，所述高温水分子气氛的压力为0.8～1.2个大气压。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤b)中，所述裂解的时间为0.5～3h。
6.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤c)中，所述裂解废气先进行冷却，冷却后得到的气体再进行碱洗。
7.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤c)中，所述碱洗的洗涤液为石灰水。
8.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤c)中，所述碱洗的洗涤液中碱性物质的浓度为0.5～1mol/L。
9.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤a)中，所述废旧锂离子电池的电解液包括溶质和有机溶剂；
所述溶质包括LiPF6、LiClO4和LiBF4中的一种或多种；
所述有机溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸丙烯酯中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤a)中，所述废旧锂离子电池中含有粘结剂和/或增塑剂；
所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚乙烯醇、氟化橡胶和聚氨酯聚烯烃中的一种或多种；
所述增塑剂包括羧甲基纤维素、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的一种或多种。
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