CN108607676A - 一种废旧锂离子电池的分离方法 - Google Patents

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陈胜洲
刘芝婷
范浩森
郑文芝
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    • B07SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07BSEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
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    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84Recycling of batteries or fuel cells

Abstract

本发明公开了一种废旧锂离子电池的分离方法,涉及废旧电池的综合回收利用领域。用以解决现有技术中锂离子电池回收过程复杂,且会产生大量的废水或有机溶剂,容易造成环境污染的问题。包括:将锂离子电池粉碎成直径介于1~10μm的颗粒;风机按照设定风速将所述颗粒传输至降尘室中,当所述颗粒内至少包括3种密度的材料时,进入到所述降尘室内的所述颗粒按照密度大小,依次跌落至位于所述降尘室底部的分离区域中,且密度大的所述颗粒与所述降尘室入口的距离小于密度小的所述颗粒与所述降尘室入口的距离;所述风机的风速介于10~15m/s,压力介于0.1~0.12MPa。

Description

一种废旧锂离子电池的分离方法
技术领域
[0001] 本发明涉及废旧电池的综合回收利用领域,更具体的涉及一种废旧锂离子电池的 分离方法。
背景技术
[0002] 由于笔记本电脑、手机等便携式电子产品的普及,锂离子电池的用量日渐增多。而 且近年来城市大气环境污染持续恶化,国家及省市各级部门均对新能源汽车进行大力推 广,预计到2020年全国纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量 超过500万辆。由于锂离子电池的容量随着充放电的过程会逐渐衰减,一旦低于人们所预期 的容量就会被废弃,预计每年报废的锂离子电池将超过十万吨,其中含有大量的具有较高 经济价值的金属资源。另外如果将锂离子电池直接填埋,其中的Co、Ni等重金属一旦泄露出 来,将会对土壤和地下水产生污染。因此对废旧锂离子电池进行回收具有巨大的经济价值 和环保价值。
[0003] 目前对锂离子电池回收利用的研究方法主要有低温冷冻粉碎、溶剂法、酸碱溶液 法、超声法以及焙烧法等。这些方法虽能回收高纯度的电极材料,但生产过程复杂,而且会 产生大量的废水或有机溶剂,对环境造成巨大负担。
发明内容
[0004] 本发明实施例提供一种废旧锂离子电池的分离方法,用以解决现有技术中锂离子 电池回收过程复杂,且会产生大量的废水或有机溶剂,容易造成环境污染的问题。
[0005] 本发明实施例提供一种废旧锂离子电池的分离方法,包括:
[0006] 获取彻底放电后的废旧锂离子电池,并将所述锂离子电池破碎成粒径介于1〜10μ m的颗粒;
[0007] 风机按照设定风速将所述颗粒传输至降尘室中,当所述颗粒内至少包括3种密度 的材料时,进入到所述降尘室内的所述颗粒按照密度大小,依次跌落至位于所述降尘室底 部的分离区域中,且密度大的所述颗粒与所述降尘室入口的距离小于密度小的所述颗粒与 所述降尘室入口的距离;所述风机的风速介于10〜15m/s,压力介于0.1〜0.12MPa。
[0008] 优选地,所述风机按照如下公式设定风速:
Figure CN108607676AD00031
[0010] 其中,Ut为沉降速度,d为所述颗粒直径,Ps为所述颗粒的密度,P为降尘室内气体的 密度,g为重力加速度,ξ为阻力系数。
[0011] 优选地,所述废旧锂离子电池包括隔膜,垫片,正极极片,负极极片,电池外壳,铜 集流体和铝集流体;
[0012] 所述正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂中的一种;
[0013] 所述负极材料为天然石墨、人造石墨、钛酸锂、硅碳材料中的一种;
[0014] 所述电池外壳为钢壳、错壳、错塑膜中的一种。
[0015] 本发明实施例提供了一种废旧锂离子电池的分离方法,包括:获取彻底放电后的 废旧锂离子电池,并将所述锂离子电池破碎成粒径介于1〜ΙΟμπι的颗粒;风机按照设定风速 将所述颗粒传输至降尘室中,当所述颗粒内至少包括3种密度的材料时,进入到所述降尘室 内的所述颗粒按照密度大小,依次跌落至位于所述降尘室底部的分离区域中,且密度大的 所述颗粒与所述降尘室入口的距离小于密度小的所述颗粒与所述降尘室入口的距离;所述 风机的风速介于10〜15m/s,压力介于0.1〜0.12MPa。该分离方法中,将废旧锂离子电池包 括的多种材料按照密度不同,采用不同的风速传输至降尘室中,从而可以将不同密度的多 种材料依此进行分离,该方法没有涉及到酸溶液、碱溶液以及有机溶剂,不会对环境造成污 染,对废旧锂电池进行直接破碎分离,可以对不同尺寸型号同时进行分离回收,可以实现规 模化应用。
附图说明
[0016] 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 发明的一些实施例,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 根据这些附图获得其他的附图。
[0017] 图1为本发明实施例提供的一种废旧锂离子电池的分离方法流程示意图;
[0018] 图2为本发明实施例提供的旧锂离子电池的分离装置结构示意图。
具体实施方式
[0019] 下面将结合本发明实施例中的附图,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。
[0020] 图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种废旧锂离子电池的分离方法流程示 意图,如图1所示,该方法主要包括以下步骤:
[0021] 步骤101,获取彻底放电后的废旧锂离子电池,并将所述锂离子电池破碎成粒径介 于1〜ΙΟμπι的颗粒;
[0022] 步骤102,风机按照设定风速将所述颗粒传输至降尘室中,当所述颗粒内至少包括 3种密度的材料时,进入到所述降尘室内的所述颗粒按照密度大小,依次跌落至位于所述降 尘室底部的分离区域中,且密度大的所述颗粒与所述降尘室入口的距离小于密度小的所述 颗粒与所述降尘室入口的距离;所述风机的风速介于10〜15m/s,压力介于0.1〜0.12MPa。
[0023] 在步骤101中,将废旧锂离子电池彻底放电,然后将放电后的废旧锂离子通过机械 方法破碎以及球磨成颗粒,得到获得直径介于1〜IOym的颗粒。
[0024] 在实际应用中,由于废旧锂离子电池包括有隔膜,垫片,正极极片,负极极片,电池 外壳,铜集流体和铝集流体,所以粉碎后的碎片包括有隔膜碎片,垫片碎片,正极极片碎片, 负极极片碎片,电池外壳碎片,铜集流体碎片和铝集流体碎片。
[0025] 进一步地,由于上述废旧锂离子电池包括有多种材料,再者,多种材料分别具有不 同的密度,所以,在本发明实施例中,可以根据材料的密度来区分各种材料。
[0026] 在本发明实施例中,废旧锂离子电池中含有的正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸 锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂中的一种;废旧锂离子电池中含有的负极材料为天然石墨、人造 石墨、钛酸锂、硅碳材料中的一种;所述的废旧锂离子电池的电池外壳为钢壳、铝壳、铝塑膜 中的一种。由于金属锂氧化合物、金属铜、金属铝、有机聚合物的密度之间有较大差异,而本 发明实施例提供的降尘室是一种利用物质重力的作用使分体物质从气流中分离出来的设 备。根据沉降速度公式(1)可以确定,由于颗粒直径d、气体的密度p、重力加速度g为确定值, 则沉降速度Ut与成正比颗粒密度Ps,则颗粒密度Ps越大,沉降速度Ut越快。
[0027] 沉降公式如下所示: I
Figure CN108607676AD00051
[0029] 其中,Ut为沉降速度,d为所述颗粒直径,Ps为所述颗粒的密度,P为降尘室内气体的 密度,g为重力加速度,ξ为阻力系数。
[0030] 在步骤102中,将上述颗粒通过风机传输至降尘室中,图2为本发明实施例提供的 旧锂离子电池的分离装置结构示意图,如图2所示,该降尘室主要包括风机1,加料斗2,降尘 室3,第一集灰斗4,第二集灰斗5,第三集灰斗6,第四集灰斗7,第五集灰斗8和第六集灰斗9。
[0031] 根据粉碎的颗粒的直径,粉碎颗粒的密度以及公式(1),可以确定颗粒通过加料斗 进入降尘室管道之后,通过风机提供的风速可以飞入降尘室,根据公式(1)可以确定,当粉 碎颗粒包括至少3种密度的材料时,则进入降尘式内的颗粒会按照颗粒密度的大小,依次跌 落至位于降尘室底部分离区域的各个集灰斗内。且当颗粒密度越大时,其最先跌落至集灰 斗,即密度最大的颗粒跌落到的集灰斗与降尘室的入口的距离最小,相应地,密度最小的颗 粒跌落到的集灰斗与降尘室的入口的距离最大。
[0032] 在具体应用中,锂离子电池包括的正极极片碎片,负极极片碎片,电池外壳碎片, 铜集流体,铝集流体,隔膜,垫片等会根据密度的大小,依次跌落至降尘室底部分离区域的 各个集灰斗中。
[0033] 举例来说,当颗粒内包括有铝粉颗粒,石墨粉颗粒,铁粉颗粒和铜粉颗粒时,需要 通过降尘室将上述多种颗粒进行分离,则可以按照以下步骤进行:
[0034] 根据公式(1),设定风机的风速,则颗粒通过加料斗进入到管道,从而被风机吹入 至降尘室,由于上述包括的颗粒的密度均不同,则根据公式(1)可以确定,具有最大密度的 颗粒则最先跌落至降尘室的第一集灰斗内,密度次之的颗粒跌落至降尘室的第二集灰斗 内,密度最小的的颗粒跌落至降尘室的第四集灰斗内。
[0035] 再举例来说,取100只正极活性物质为镍钴锰(111)三元正极材料的废旧LIR18650 钢壳圆柱型锂离子电池,以IOmA电流恒流放电,截止电压为0V。将彻底放电后的锂离子电池 直接机械分,再球磨成直径为2ym的颗粒;
[0036] 将上述直径为1〜ΙΟμπι的颗粒随气流进入降尘室,降尘室进口风速为10m/s,压力 为0. IMPa,按照密度由大到小,铜粉末颗粒(密度为8.9g/cm3)在第一集灰斗中收集,铁粉末 颗粒(密度为7.8g/cm3)在第二集灰斗收集,铝粉末颗粒(密度为2.7g/cm3)在第三集灰斗收 集,镍钴锰三元正极材料粉末颗粒(密度为2.5g/cm3)在第四集灰斗收集,石墨负极材料粉 末颗粒(密度为1.8g/cm3)在第五集灰斗收集,聚丙烯垫片粉末颗粒(密度为0.9g/cm3)在第 六集灰斗收集,而聚乙烯隔膜碎片随气流排出降尘室。
[0037] 进一步地,可以将上述集灰斗内中获得的电极材料经过焙烧等过程制备电池活性 材料;将获取到的铝、铜、铁等金属回炉重熔。在本发明实施例中,对集灰斗内获取到的材料 的具体用途不做限定。
[0038] 综上所述,本发明实施例提供了一种废旧锂离子电池的分离方法,该分离方法中, 将废旧锂离子电池包括的多种材料按照密度不同,采用不同的风速传输至降尘室中,从而 可以将不同密度的多种材料依此进行分离,该方法没有涉及到酸溶液、碱溶液以及有机溶 剂,不会对环境造成污染,对废旧锂电池进行直接破碎分离,可以对不同尺寸型号同时进行 分离回收,可以实现规模化应用。
[0039] 尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造 性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优 选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0040] 显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1. 一种废旧锂离子电池的分离方法,其特征在于,包括: 获取彻底放电后的废旧锂离子电池,并将所述锂离子电池破碎成粒径介于1〜IOwiI的 颗粒; 风机按照设定风速将所述颗粒传输至降尘室中,当所述颗粒内至少包括3种密度的材 料时,进入到所述降尘室内的所述颗粒按照密度大小,依次跌落至位于所述降尘室底部的 分离区域中,且密度大的所述颗粒与所述降尘室入口的距离小于密度小的所述颗粒与所述 降尘室入口的距离;所述风机的风速介于10〜15m/s,压力介于0.1〜0.12MPa。
2. 如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述风机的设定风速与沉降速度公式相关, 沉降公式如下所示:
Figure CN108607676AC00021
其中,ut为沉降速度,d为所述颗粒直径,Ps为所述颗粒的密度,P为降尘室内气体的密 度,g为重力加速度,ξ为阻力系数。
3. 如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述废旧锂离子电池包括隔膜,垫片,正极极 片,负极极片,电池外壳,铜集流体和铝集流体; 所述正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂中的一种; 所述负极材料为天然石墨、人造石墨、钛酸锂、硅碳材料中的一种; 所述电池外壳为钢壳、铝壳、铝塑膜中的一种。
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