CN108199107A - 一种以等离子体技术回收三元电池正极材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂离子电池资源化利用领域，具体为一种以等离子体技术回收三元电池正极材料的方法：将废旧电池两极通过导线与电阻负载相连放电；然后在密闭干燥的环境中剥离电池金属外壳，取出三元电池的正极片；以2200～2600W功率的电流激发空气产生等离子体，并以80～110mm/s的速度扫过三元电池正极片表面；正极材料中的有机粘结剂及乙炔黑导电剂将转变为气态而脱除，正极活性材料从正极片表面剔除，最终得到正极活性材料及铝箔片；产生的气体用石灰浆或是钙盐溶液吸收，以防止产生氟化氢气体造成二次污染。本发明能够高效地回收三元电池正极材料中的钴、镍、锰、锂及铝箔集流体，实现对废旧三元电池的资源化利用。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池资源化利用领域，具体为一种以等离子体技术回收三元电池正极材料的方法。
背景技术
锂离子电池自20世纪末实现商业化以来，其以具有能量密度大、质量轻、寿命长且无记忆性等诸多优点，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、照相机等便携式电子设备及电动汽车中。镍钴锰酸锂三元及多元正极材料作为一种新型电池正极材料，以其特有的低成本、高性能、轻污染等优点已逐步取代钴酸锂正极材料，被认为是锂离子电池正极材料重点发展的产品之一。
目前国内外企业越来越重视对三元正极材料的研究开发，且其生产与应用已达到一定规模。废旧三元正极材料锂离子电池中通常含钴5％～20％、镍5％～10％、锂5％～7％、有机溶剂 15％、塑料7％，具有较高的回收再利用价值。此外，还含有六氟磷酸锂等有毒物质，会对环境和生态系统造成严重污染，钴、镍、锰、锂、铜、铝等金属也会通过生物放大危害人类自身。
随着锂离子电池应用日趋广泛，回收锂离子电池中的钴、镍、锰、锂、铜、铝、电解液中有机溶剂等有价材料，减少对环境造成的污染，缓解资源匮乏等问题具有重要的社会和经济意义。
发明内容
本发明的目的是为了回收三元电池正极材料中的钴、镍、锰、锂及铝箔集流体，实现对废旧三元电池的资源化利用。
本发明的技术方案如下：
(1)将废旧电池的两极通过导线与电阻负载相连，用万用表测量开路电压控制放电结果。
(2)电池放完电后，需在密闭干燥的环境中剥离电池金属外壳(防止六氟磷酸锂电解质水解产生有毒气体氟化氢)，并取出三元电池的正极片。
(3)以2200～2600W功率的电流激发空气产生等离子体，并以80～110mm/s的速度扫过三元电池正极片表面。等离子体所携带的大量活性粒子(如离子、电子、激发态的原子及自由基等)足以分解正极材料中的有机粘结剂(PVDF及PTFE)，并将正极材料中的乙炔黑导电剂氧化为二氧化碳气体。该过程实现了对正极活性材料提纯的目的。
(4)同时，空气所激发的等离子体所携带的能量被覆盖在正极表面的材料所吸收，大量的能量吸使得正极材料被激发形成了急剧膨胀的新等离子体而产生冲击波，冲击波使得正极材料从正极片表面被剔除。该过程实现了对正极活性材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.4Co0.4Mn0.2O2以及LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2或者LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)及铝箔片分别回收的目的。
(5)将上述过程中产生的气体用石灰浆或是钙盐溶液吸收，以防止有机粘结剂分解产生的氟化氢气体造成二次污染。
其中：通过导线将电池两级与电阻负载相连以实现放电目的。
其中：通过万用表测量开路电流来控制放电结果。
其中：需要在密闭干燥的环境中剥离电池金属外壳，以防止六氟磷酸锂电解质水解产生有毒气体氟化氢。
其中：激发等离子体的电流功率为2200～2600W。
其中：以空气为激发对象生成等离子体。
其中：根据正极材料的厚度不同，等离子体以80～110mm/s的速度扫过三元电池正极片表面。
其中：等离子体能够分解正极材料中的有机粘结剂(PVDF及PTFE)，并将正极材料中的乙炔黑导电剂氧化为二氧化碳气体，从而实现对正极活性材料提纯的目的。
其中：空气所激发的等离子体能够激发正极材料形成急剧膨胀的新等离子体而产生冲击波，冲击波使得正极材料从正极片表面被剔除。
其中：能够实现对正极活性材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.4Co0.4Mn0.2O2以及LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2或者LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)及铝箔片分别回收的目的。
其中：过程中产生的气体用石灰浆或是钙盐溶液吸收，以防止有机粘结剂分解产生的氟化氢气体造成二次污染。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将废旧电池的两极通过导线与电阻负载相连，用万用表测量开路电压控制放电结果。
(2)电池放完电后，在密闭干燥的环境中剥离电池金属外壳，并取出三元电池的正极片。
(3)以2200W功率的电流激发空气产生等离子体，并以90mm/s的速度扫过三元电池正极片表面。等离子体所携带的大量活性粒子将分解正极材料中的有机粘结剂(PVDF及PTFE)，并将正极材料中的乙炔黑导电剂氧化为二氧化碳气体。该过程实现了对正极活性材料提纯的目的。
(4)同时，空气所激发的等离子体所携带的能量被覆盖在正极表面的材料所吸收，大量的能量吸使得正极材料被激发形成了急剧膨胀的新等离子体而产生冲击波，冲击波使得正极材料从正极片表面被剔除。最终得到回收产物：正极活性材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.4Co0.4Mn0.2O2以及LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2或者LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)及铝箔片。
(5)将上述过程中产生的气体用石灰浆吸收，以防止有机粘结剂分解产生的氟化氢气体造成二次污染。
实施例2
(1)将废旧电池的两极通过导线与电阻负载相连，用万用表测量开路电压控制放电结果。
(2)电池放完电后，在密闭干燥的环境中剥离电池金属外壳，并取出三元电池的正极片。
(3)以2500W功率的电流激发空气产生等离子体，并以100mm/s的速度扫过三元电池正极片表面。等离子体所携带的大量活性粒子将分解正极材料中的有机粘结剂(PVDF及PTFE)，并将正极材料中的乙炔黑导电剂氧化为二氧化碳气体。该过程实现了对正极活性材料提纯的目的。
(4)同时，空气所激发的等离子体所携带的能量被覆盖在正极表面的材料所吸收，大量的能量吸使得正极材料被激发形成了急剧膨胀的新等离子体而产生冲击波，冲击波使得正极材料从正极片表面被剔除。最终得到回收产物：正极活性材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.4Co0.4Mn0.2O2以及LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2或者LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)及铝箔片。
(5)将上述过程中产生的气体用氯化钙溶液吸收，以防止有机粘结剂分解产生的氟化氢气体造成二次污染。
Claims (11)
1.本发明提供了一种以等离子体技术回收三元电池正极材料的方法，其特征在于：
(1)将废旧电池的两极通过导线与电阻负载相连，用万用表测量开路电压控制放电结果。
(2)电池放完电后，需在密闭干燥的环境中剥离电池金属外壳(防止六氟磷酸锂电解质水解产生有毒气体氟化氢)，并取出三元电池的正极片。
(3)以2200～2600W功率的电流激发空气产生等离子体，并以80～110mm/s的速度扫过三元电池正极片表面。等离子体所携带的大量活性粒子(如离子、电子、激发态的原子及自由基等)足以分解正极材料中的有机粘结剂(PVDF及PTFE)，并将正极材料中的乙炔黑导电剂氧化为二氧化碳气体。该过程实现了对正极活性材料提纯的目的。
(4)同时，空气所激发的等离子体所携带的能量被覆盖在正极表面的材料所吸收，大量的能量吸使得正极材料被激发形成了急剧膨胀的新等离子体而产生冲击波，冲击波使得正极材料从正极片表面被剔除。该过程实现了对正极活性材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.4Co0.4Mn0.2O2以及LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2或者LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)及铝箔片分别回收的目的。
(5)将上述过程中产生的气体用石灰浆或是钙盐溶液吸收，以防止有机粘结剂分解产生的氟化氢气体造成二次污染。
2.根据权利要求1所述的一种以等离子体技术回收三元电池正极材料的方法，其特征在于：通过导线将电池两级与电阻负载相连以实现放电目的。
3.根据权利要求1所述的一种以等离子体技术回收三元电池正极材料的方法，其特征在于：通过万用表测量开路电流来控制放电结果。
4.根据权利要求1所述的一种以等离子体技术回收三元电池正极材料的方法，其特征在于：需要在密闭干燥的环境中剥离电池金属外壳，以防止六氟磷酸锂电解质水解产生有毒气体氟化氢。
5.根据权利要求1所述的一种以等离子体技术回收三元电池正极材料的方法，其特征在于：激发等离子体的电流功率为2200～2600W。
6.根据权利要求1所述的一种以等离子体技术回收三元电池正极材料的方法，其特征在于：以空气为激发对象生成等离子体。
7.根据权利要求1所述的一种以等离子体技术回收三元电池正极材料的方法，其特征在于：根据正极材料的厚度不同，等离子体以80～110mm/s的速度扫过三元电池正极片表面。
8.根据权利要求1所述的一种以等离子体技术回收三元电池正极材料的方法，其特征在于：等离子体能够分解正极材料中的有机粘结剂(PVDF及PTFE)，并将正极材料中的乙炔黑导电剂氧化为二氧化碳气体，从而实现对正极活性材料提纯的目的。
9.根据权利要求1所述的一种以等离子体技术回收三元电池正极材料的方法，其特征在于：空气所激发的等离子体能够激发正极材料形成急剧膨胀的新等离子体而产生冲击波，冲击波使得正极材料从正极片表面被剔除。
10.根据权利要求1所述的一种以等离子体技术回收三元电池正极材料的方法，其特征在于：能够实现对正极活性材料(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.4Co0.4Mn0.2O2以及LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2或者LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)及铝箔片分别回收的目的。
11.根据权利要求1所述的一种以等离子体技术回收三元电池正极材料的方法，其特征在于：过程中产生的气体用石灰浆或是钙盐溶液吸收，以防止有机粘结剂分解产生的氟化氢气体造成二次污染。
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