CN108390119A - 一种磷酸铁锂/三元-钛酸锂电池的回收处理方法 - Google Patents

一种磷酸铁锂/三元-钛酸锂电池的回收处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电池回收领域，具体地说是一种磷酸铁锂/三元‑钛酸锂电池的回收处理方法，包括以下步骤：拆解、放电、粉碎、分离粉体、分离隔膜、分离塑料、分离金属，以及若正极材料为磷酸铁锂，则分离钛酸锂、分离碳酸锂和磷酸铁，或者若正极材料为三元材料时，则分离二氧化钛、分离氢氧化锰氢氧化镍氢氧化钴、分离碳酸锂；本发明同现有技术相比，在全放电后基于各种有价值物料的物理特性和化学性质的不同，实现了分别回收，其优势在于将磷酸铁锂/三元‑钛酸锂电池从系统级别到电芯级别，全部可以实现所有有价值元素的回收；此外，本发明所述方法基于简单的物理特性和酸碱沉淀等化学反应，该方法简单，易于实现，适用于工业化生产。

Description

一种磷酸铁锂/三元-钛酸锂电池的回收处理方法
[技术领域]
本发明属于电池回收领域，具体地说是一种磷酸铁锂/三元-钛酸锂电池的回收处理方法。
[背景技术]
钛酸锂电池的特性在于低容量、高倍率、长寿命，正是由于这几大特征，使得钛酸锂电池非常适用于高功率应用场合，包括公交大巴等公路用车，以及港口吊车、矿用车以及挖掘机等非公路用车，调频调峰、削峰填谷等电力储能领域。钛酸锂电池会随着应用面的扩大，使用量也会越来越大。这就需要关注到钛酸锂在性能衰减后的后处理，包括梯次利用和回收再处理。
回收处理钛酸锂电池算是一个新的课题，因此钛酸锂电池的兴起也只是在2015年以后才开始广受重视。
专利201110233096.2是酸碱浸出、化学沉淀的形式得到偏钛酸和碳酸锂，然后通过二次高温固相烧结得到钛酸锂。专利201611245696.X以得到分离好的钛酸锂废料开始处理，通过加酸加碱等工艺，分别获得含锂沉淀和偏钛酸，偏钛酸再经过热处理得到二氧化钛。本类专利将重新获得的锂源或钛源重新用于制备钛酸锂，回收再利用的局限性大。
专利201610665778.3是除去杂质的极片在高温下处理以便分离铝箔和钛酸锂，仅仅做到了铝箔与活性物质层之间的分离，而无法获得纯净的钛酸锂材料。
专利201710226858.3通过拆解得到钛酸锂负极极片，然后将其置于有机溶剂中使活性物质脱离集流体，然后固液分离后高温处理除去导电剂，进而进一步制备钛酸锂纳米负极材料。本方法使用故而简单有效，但是很难制备出理想的锂电负极材料，因此，原钛酸锂材料中含有的一些微量杂质尚未除干净，包括一些死锂等。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种磷酸铁锂/三元-钛酸锂电池的回收处理方法，通过该方法不仅可以将负极部分有用物质得以回收，同时还能将正极部分有用物质得以回收，避免了因正极活性物质的差异而造成的回收困难。
为实现上述目的设计一种磷酸铁锂/三元-钛酸锂电池的回收处理方法，包括以下步骤：
1)拆解：将废旧钛酸锂电池系统机械拆解；
2)放电：将拆解后的钛酸锂电池浸没于3.5％NaCl水溶液中，直至完全放电；
3)粉碎：将拆解并放电后的钛酸锂电池置于破碎机中，破碎至0-5cm级别的颗粒/细块，再置于粉碎机中粉碎至0-3mm级别的细粉；
4)分离粉体：将步骤3)所得物置于20-100目振动筛分机中，将粉体与隔膜、金属、塑料颗粒分离，得到粉体，同时得到隔膜、金属、塑料颗粒的混合物；
5)分离隔膜：将步骤4)所得的隔膜、金属、塑料颗粒的混合物置于水中，分离出隔膜；
6)分离塑料：将经步骤5)分离出隔膜后的金属、塑料混合物置于静电分离器中，分离塑料和金属；
7)分离金属：将步骤6)所得的金属置于铜铝分选设备中，分离出铜和铝；
8)对步骤4)所得的粉体进行分离，若钛酸锂电池的正极材料为磷酸铁锂，则分离钛酸锂、碳酸锂和磷酸铁；若钛酸锂电池的正极材料为三元材料，则分离二氧化钛、碳酸锂以及分离氢氧化锰、氢氧化镍、氢氧化钴。
进一步地，步骤1)中，所述拆解是将废旧钛酸锂电池系统机械拆解为外壳体、BMS板、电气线路、螺丝螺帽、传感器、风冷/液冷系统及其他金属件和塑料件，并分类整理归仓。
进一步地，步骤2)中，所述拆解后的钛酸锂电池为机械拆解时拆解不到的钛酸锂电池模组/单体级别。
进一步地，步骤8)中，所述正极材料为磷酸铁锂时，其分离步骤如下：(1)分离钛酸锂：将步骤4)所得的粉体置于强碱溶液中，将未溶物过滤后收集；然后将收集的未溶物置于500-650℃的惰性气氛下热处理1-2h，并在惰性气氛下冷却至室温后研磨，即得钛酸锂；(2)分离碳酸锂：在步骤(1)溶液中加入碳酸钠，生成碳酸锂沉淀；(3)分离磷酸铁：在步骤(2)剩余溶液中加入硝酸和双氧水混合溶液，生成磷酸铁沉淀。
进一步地，步骤8)中，所述正极材料为三元材料时，其分离步骤如下：(1)将步骤4)所得的粉体置于强酸和双氧水混合溶液中，得到含Li+、Ni2+、Mn2+、Co2+、[TiO(H2O2)]2+的溶液；(2)在溶液中加入强碱和氨水，调节pH值至中性，使得[TiO(H2O2)]2+水解而得到二氧化钛；(3)继续加强碱，使得氢氧化镍、氢氧化钴、氢氧化锰三者同时沉淀；(4)最后，加碳酸钠，得碳酸锂沉淀。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
(1)本方法在全放电后基于各种有价值物料的物理特性和化学性质的不同，实现了分别回收；
(2)本方法的的优势在于将磷酸铁锂/三元-钛酸锂电池从系统级别到电芯级别，全部可以实现所有有价值元素的回收；
(3)本方法既适用于磷酸铁锂-钛酸锂电池的回收利用，也适用于三元-钛酸锂电池的回收利用；
(4)本方法基于简单的物理特性和酸碱沉淀等化学反应，方法简单，易于实现，适用于工业化生产。
[附图说明]
图1是本发明的方法流程示意图。
[具体实施方式]
下面结合具体实施例对本发明作以下进一步说明：
实施例1
以磷酸铁锂-钛酸锂废旧电池包为例，其回收利用的方法如以下步骤所示：
1、拆解：将废旧钛酸锂电池系统机械拆解外壳体、BMS板、电气线路、螺丝螺帽、传感器、风冷/液冷系统及其他金属件和塑料件，分类整理归仓。
2、放电：将剩余的钛酸锂电池系统/模组/单体浸没于3.5％NaCl水溶液中，直至完全放电。其中，剩余的钛酸锂电池系统/模组是指机械拆解时可能会拆解不到模组级别，也可能会拆解到单体，这需要根据实际情况来拆解。
3、粉碎：(1)将其置于破碎机中，破碎至0～5cm级别的颗粒/细块；(2)然后再置于粉碎机中粉碎至0～3mm级别的细粉。
4、分离粉体：将其置于20～100目振动筛分机中，将粉体与隔膜和金属、塑料颗粒分离。
5、分离隔膜：然后将隔膜和金属、塑料置于水中分离隔膜。
6、分离塑料：将金属和塑料置于静电分离器中，分离塑料和金属。
7、分离金属：将金属置于铜铝分选设备中，分离铜和铝。
8、分离钛酸锂：①将粉末置于强碱溶液中，将未溶物过滤后收集；②将未溶物置于500～650℃的惰性气氛下热处理1～2h，惰性气氛下冷却至室温后研磨，即可得钛酸锂材料。
9、分离碳酸锂：在溶液中加入碳酸钠，生成碳酸锂沉淀。
10、分离磷酸铁：在剩余溶液中加入硝酸+双氧水混合溶液，生成磷酸铁沉淀。
通过以上步骤，可以实现隔膜、塑料、金属铜、金属铝、钛酸锂、碳酸锂和磷酸铁的回收。
实施例2
以三元-钛酸锂废旧电池包为例，回收利用的方法如以下步骤所示：
1、拆解：将废旧钛酸锂电池系统机械拆解外壳体、BMS板、电气线路、螺丝螺帽、传感器、风冷/液冷系统及其他金属件和塑料件，分类整理归仓。
2、放电：将剩余的钛酸锂电池系统/模组/单体浸没于3.5％NaCl水溶液中，直至完全放电。其中，剩余的钛酸锂电池系统/模组是指机械拆解时可能会拆解不到模组级别，也可能会拆解到单体，这需要根据实际情况来拆解。
3、粉碎：(1)将其置于破碎机中，破碎至0～5cm级别的颗粒/细块；(2)然后再置于粉碎机中粉碎至0～3mm级别的细粉。
4、分离粉体：将其置于20～100目振动筛分机中，将粉体与隔膜和金属、塑料颗粒分离。
5、分离隔膜：然后将隔膜和金属、塑料置于水中分离隔膜。
6、分离塑料：将金属和塑料置于静电分离器中，分离塑料和金属。
7、分离金属：将金属置于铜铝分选设备中，分离铜和铝。
8、分离二氧化钛：(1)将粉末置于强酸+双氧水混合溶液中，得到含Li+、Ni2+、Mn2+、Co2+、[TiO(H2O2)]2+的溶液；(2)加强碱和氨水，调节pH值至中性，使得[TiO(H2O2)]2+水解而得到二氧化钛。
9、分离氢氧化镍、氢氧化钴、氢氧化锰：继续加强碱，使得氢氧化镍、氢氧化钴、氢氧化锰三者同时沉淀。
10、分离碳酸锂：加碳酸钠，得碳酸锂沉淀。
通过以上处理步骤，可以分别获得隔膜、塑料、金属铜、金属铝、二氧化钛、氢氧化镍氢氧化钴氢氧化锰三种等比例混合物、碳酸锂等物质。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种磷酸铁锂/三元-钛酸锂电池的回收处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)拆解：将废旧钛酸锂电池系统机械拆解；
2)放电：将拆解后的钛酸锂电池浸没于3.5％NaCl水溶液中，直至完全放电；
3)粉碎：将拆解并放电后的钛酸锂电池置于破碎机中，破碎至0-5cm级别的颗粒/细块，再置于粉碎机中粉碎至0-3mm级别的细粉；
4)分离粉体：将步骤3)所得物置于20-100目振动筛分机中，将粉体与隔膜、金属、塑料颗粒分离，得到粉体，同时得到隔膜、金属、塑料颗粒的混合物；
5)分离隔膜：将步骤4)所得的隔膜、金属、塑料颗粒的混合物置于水中，分离出隔膜；
6)分离塑料：将经步骤5)分离出隔膜后的金属、塑料混合物置于静电分离器中，分离塑料和金属；
7)分离金属：将步骤6)所得的金属置于铜铝分选设备中，分离出铜和铝；
8)对步骤4)所得的粉体进行分离，若钛酸锂电池的正极材料为磷酸铁锂，则分离钛酸锂、碳酸锂和磷酸铁；若钛酸锂电池的正极材料为三元材料，则分离二氧化钛、碳酸锂以及分离氢氧化锰、氢氧化镍、氢氧化钴。
2.如权利要求1所述的磷酸铁锂/三元-钛酸锂电池的回收处理方法，其特征在于：步骤1)中，所述拆解是将废旧钛酸锂电池系统机械拆解为外壳体、BMS板、电气线路、螺丝螺帽、传感器、风冷/液冷系统及其他金属件和塑料件，并分类整理归仓。
3.如权利要求1所述的磷酸铁锂/三元-钛酸锂电池的回收处理方法，其特征在于：步骤2)中，所述拆解后的钛酸锂电池为机械拆解时拆解不到的钛酸锂电池模组/单体级别。
4.如权利要求1所述的磷酸铁锂/三元-钛酸锂电池的回收处理方法，其特征在于，步骤8)中，所述正极材料为磷酸铁锂时，其分离步骤如下：
(1)分离钛酸锂：将步骤4)所得的粉体置于强碱溶液中，将未溶物过滤后收集；然后将收集的未溶物置于500-650℃的惰性气氛下热处理1-2h，并在惰性气氛下冷却至室温后研磨，即得钛酸锂；
(2)分离碳酸锂：在步骤(1)溶液中加入碳酸钠，生成碳酸锂沉淀；
(3)分离磷酸铁：在步骤(2)剩余溶液中加入硝酸和双氧水混合溶液，生成磷酸铁沉淀。
5.如权利要求1所述的磷酸铁锂/三元-钛酸锂电池的回收处理方法，其特征在于，步骤8)中，所述正极材料为三元材料时，其分离步骤如下：
(1)将步骤4)所得的粉体置于强酸和双氧水混合溶液中，得到含Li+、Ni2+、Mn2+、Co2+、[TiO(H2O2)]2+的溶液；
(2)在溶液中加入强碱和氨水，调节pH值至中性，使得[TiO(H2O2)]2+水解而得到二氧化钛；
(3)继续加强碱，使得氢氧化镍、氢氧化钴、氢氧化锰三者同时沉淀；
(4)最后，加碳酸钠，得碳酸锂沉淀。
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