CN110277601A - 一种分离锂离子电池正、负极的物理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分离锂离子电池正、负极的物理方法，包括锂离子电池的正负极混合物；所述的物理方法包括：a)在分离容器里放入水和比重大于正极比重的液态溴化物，使形成上层为水、下层为液态溴化物的双层液态介质；b)将锂离子电池的正负极混合物放入到所述的双层液态介质中，使正极浮在液态溴化物层的表面，负极沉入液态溴化物的底部，从而实现正极与负极的相分离。本发明所述的物理方法既安全可靠，又环保，并且操作简单，易于实现规模化，以及成本低，对大规模资源化分离回收废旧锂离子电池的正、负极具有显著的工业应用价值。

Description

一种分离锂离子电池正、负极的物理方法

技术领域

本发明是涉及一种分离锂离子电池正、负极的物理方法，属于锂离子电池的回收技术领域。

背景技术

现在由于电子产品的报废越来越多，用于电子产品的锂离子电池的报废量也越来越大，如何环保回收锂离子电池也越来越重要。现有技术中已有关于锂离子电池的相关回收技术，如：中国专利申请CN01130735.8、发明名称为《从废锂离子电池中回收金属的方法》的发明中公开了一种回收方法，该发明虽然也能达到回收其中金属的目的，但在回收过程中采用了高温炉焙烧，并且还采用了加入酸溶蚀的手段，回收过程中不仅产生了新的环境污染，而且成本高、工艺复杂，不适合规模化回收要求！另外，在锂离子电池的回收过程中，正极与负极通常是混在一起的；如果直接对正极与负极的混合物进行回收，得到的是正、负极材料与正、负极集流体的混合物；而混合物的后处理将非常复杂，成本也非常高。如果先将正负极的混合物进行正极与负极的相分离，将可减少后处理成本，并可提高资源化。因此，研发一种效率高、无污染、成本低的分离锂离子电池正、负极的方法，将对解决废旧锂离子电池的污染和资源化问题具有重要价值和社会意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种操作方便、成本低廉、无污染、可资源化分离锂离子电池正、负极的物理方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种分离锂离子电池正、负极的物理方法，包括锂离子电池的正负极混合物；所述的物理方法包括：

a)在分离容器里放入水和比重大于正极比重的液态溴化物，使形成上层为水、下层为液态溴化物的双层液态介质(因为液态溴化物与水互不相溶)；

b)将锂离子电池的正负极混合物放入到所述的双层液态介质中，使正极浮在液态溴化物层的表面，负极沉入液态溴化物的底部，从而实现正极与负极的相分离。当然采用搅拌致使正极浮在液态溴化物层的表面，负极沉入液态溴化物的底部，分离效果更好。

本发明通过创造性地采用水与比重大于正极比重的液态溴化物形成上层为水、下层为液态溴化物的双层液态介质，使锂离子电池的正负极混合物在此双层液态介质中按比重进行分离，从而不仅利用比重差异实现了锂离子电池的正负极混合物中的正极与负极的相分离，而且可避免分离的正极发生化学反应而被破坏，因为锂离子电池的正极一般是采用铝箔为基材，铝箔容易与溴化物发生化学反应生成溴化铝，而本发明使分离的正极位于双层液态介质中的上层水中，因而可避免与溴化物接触而发生化学反应，不仅可减少环境污染，而且提高了正极的回收率和品质，对资源化回收锂离子电池的正极具有显著价值。

作为优选方案，所述液态溴化物为溴代烷烃。因为溴代烷烃类的生产工艺成熟，成本低，最容易实现工业化。

作为进一步优选方案，所述溴代烷烃为溴仿，因为溴仿的生产原料来源广，生产成本低，生产工艺简单。

作为优选方案，对从液态溴化物底部分离得到的负极用醇类物质进行清洗。因分离后得到的负极的表面仍然残留有一定量的液态溴化物，采用醇类如甲醇、乙醇进行清洗，可将残留的溴化物清洗下来。因为醇类物质可以与液态溴化物进行无限互溶，并且醇类物质价格便宜，如甲醇只有溴仿的5％左右，并且醇类物质环境友好。

作为进一步优选方案，对清洗后的负极进行离心分离，通过离心分离可以进一步地降低负极表面的液体残留量。

作为进一步优选方案，向离心分离得到的滤液中加入水，进行搅拌混合，使醇与水形成的醇水溶液与液态溴化物相分离。虽然醇类物质既能溶于液态溴化物又能溶于水，但与水互溶性更高，与水溶解后形成的低浓度醇水溶液与液态溴化物会分层，上层为醇水溶液，下层为液态溴化物，通过分液方法，使两层液体分开。

作为进一步优选方案，对得到的醇水溶液进行醇的回收，使醇类物质能回收重复利用。通常采用蒸馏方法进行醇与水的分离。

作为优选方案，对所述锂离子电池的正负极混合物先进行粉碎预处理。因锂离子电池的正负极通常与隔膜、外壳等混合在一起，通过先进行粉碎预处理，可使后续的分离更加方便和彻底。

作为优选方案，对锂离子电池的正负极混合物进行磁选分离预处理。由于锂离子电池含有磁性金属(如：金属外壳、极耳等)，在拆解过程中这些磁性金属会与正、负极混合在一起，因而通过磁选预处理可先将磁性金属去除。由于集流体上的极耳通常是采用金属镍材料制成，而镍具有导磁性能。通过磁选处理，可以将极耳分离。磁选是一种低成本、高效率的分离方法，通过磁选可以提高分离效率、降低分离成本。

一种实施方案，所述的物理方法还包括如下步骤：将已经分开的正极和负极，或未分开的正负极混合物进行球磨，通过球磨作用使正极集流体与正极材料，负极集流体与负极材料相分离。球磨处理是一种纯物理方法，成本低，效率高。

一种实施方案，所述的物理方法还包括如下步骤：将已经分离的正极集流体与正极材料的混合物，负极集流体与负极材料的混合物分别进行风选处理，或对未进行分离的正负极混合物进行风选处理。由于正极集流体与正极材料、负极集流体与负极材料的比重不同，通过风选可使正极集流体与正极材料、负极集流体与负极材料相分开。同样，也可以将正负极混合物中的隔膜先分离开。风选操作简单、成本低、产量高。

一种实施方案，所述的物理方法还包括如下步骤：将已经分离的正极集流体与正极材料的混合物放入溶液里，并使所述溶液的比重大于正极材料的比重但小于正极集流体的比重；将已经分离的负极集流体与负极材料的混合物放入溶液里，并使所述溶液的比重大于负极材料的比重但小于负极集流体的比重，从而可实现正极集流体与正极材料相分开，或负极集流体与负极材料相分开。比重分离是一种分离完全、成本低、效率高的物理方法，通过比重分离可以百分之百地使电极材料与集流体分开。

与现有技术相比，本发明具有如下显著性有益效果：

1)安全，成本低：由于整个分离过程是在常温或接近常温中进行，因此本发明方法安全可靠；且整个分离过程中无需特殊设备，操作简单，因此成本也很低；

2)环保：由于本发明所述分离方法为物理方法，在整个回收过程中没有污染排放，因此本发明不会对环境造成污染，具有环保优点；

3)资源化程度高：本发明可对锂离子电池的正极进行高品质回收，因此资源化程度高；

4)分离效率高：本发明通过创造性地采用水与比重大于正极比重的液态溴化物形成上层为水、下层为液态溴化物的双层液态介质，使锂离子电池的正负极混合物在此双层液态介质中按比重进行分离，就可实现正极与负极的一次性完全分离，不仅分离操作非常简单，而且分离效率高，对规模化分离回收锂离子电池的正、负极具有显著价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种分离锂离子电池正、负极的物理方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明技术方案做进一步详细、完整地说明。

实施例

参照图1所示，本实施例提供的一种分离锂离子电池正、负极的物理方法，包括锂离子电池的正负极混合物；具体流程如下：

1)将锂离子电池的正负极混合物进行粉碎，然后进行风选，通过风选使其中的隔膜被分离出去；

2)将经过风选后的正负极混合物加入到双层液态介质中，所述的双层液态介质是由水与溴甲烷形成(由于溴甲烷是非极性的，并且溴甲烷的比重大于正极的比重，因此可形成上层为水、下层为溴甲烷的双层液态介质)；

3)搅拌，使正极浮在溴甲烷层的表面且位于水层中，负极沉入溴甲烷的底部(因为正极的比重小于溴甲烷，所以位于上层的水中；而负极的比重大于溴甲烷，所以能沉入下层溴甲烷的底部)；

4)分离上下层，从而可分离得到高纯度的正极；对分离得到的溴甲烷层进行离心分离，从而可分离回收得到溴甲烷，以实现重复利用，可用于双层液态介质的制备；

5)用乙醇对离心分离得到的负极进行清洗，然后进行离心分离，可得到清洗后的负极和乙醇溴甲烷溶液；

6)向离心分离得到的乙醇溴甲烷溶液中加入水，进行搅拌清洗，根据相似相溶原理，乙醇与水相溶，形成的乙醇水溶液与溴甲烷进行了分层，上层为乙醇与水形成的乙醇水溶液，下层为溴甲烷；对乙醇水溶液进行蒸馏可回收得到乙醇，以实现回收再利用，分离得到的溴甲烷也可重复利用，可用于双层液态介质的制备。

综上所述可见：本发明通过创造性地采用水与比重大于正极比重的液态溴化物形成上层为水、下层为液态溴化物的双层液态介质，使锂离子电池的正负极混合物在此双层液态介质中按比重进行分离，从而不仅利用比重差异实现了锂离子电池的正负极混合物中的正极与负极的相分离，而且可避免分离的正极与溴化物接触而发生化学反应被破坏，不仅可减少环境污染，而且保证了正极的回收品质，整个分离过程既安全可靠，又环保，并且操作简单，易于实现规模化，以及无需特殊设备且可实现溶剂的重复利用，因此分离回收成本也很低，对大规模资源化分离回收废旧锂离子电池的正负极混合物中的正极与负极具有显著的工业应用价值和重要意义，因此，本发明相对于现有技术具有显著性进步。

最后需要在此指出的是：以上仅是本发明的部分优选应用例，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种分离锂离子电池正、负极的物理方法，包括锂离子电池的正负极混合物；其特征在于，所述的物理方法包括：

a)在分离容器里放入水和比重大于正极比重的液态溴化物，使形成上层为水、下层为液态溴化物的双层液态介质；

b)将锂离子电池的正负极混合物放入到所述的双层液态介质中，使正极浮在液态溴化物层的表面，负极沉入液态溴化物的底部，从而实现正极与负极的相分离。

2.根据权利要求1所述的物理方法，其特征在于：所述液态溴化物为溴代烷烃。

3.根据权利要求2所述的物理方法，其特征在于：所述溴代烷烃为溴仿。

4.根据权利要求1所述的物理方法，其特征在于：对从液态溴化物底部分离得到的负极用醇类物质进行清洗。

5.根据权利要求4所述的物理方法，其特征在于：对清洗后的负极进行离心分离。

6.根据权利要求5所述的物理方法，其特征在于：向离心分离得到的滤液中加入水，进行搅拌混合，使醇与水形成的醇水溶液与液态溴化物相分离。

7.根据权利要求1所述的物理方法，其特征在于：对所述锂离子电池的正负极混合物先进行粉碎预处理。

8.根据权利要求1或7所述的物理方法，其特征在于：对锂离子电池的正负极混合物进行磁选分离预处理。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的物理方法，其特征在于，所述的物理方法还包括如下步骤：将已经分开的正极和负极，或未分开的正负极混合物进行球磨，通过球磨作用使正极集流体与正极材料，负极集流体与负极材料相分离。

10.根据权利要求9所述的物理方法，其特征在于，所述的物理方法还包括如下步骤：将已经分离的正极集流体与正极材料的混合物，负极集流体与负极材料的混合物分别进行风选处理，或对未进行分离的正负极混合物进行风选处理。

11.根据权利要求9所述的物理方法，其特征在于，所述的物理方法还包括如下步骤：将已经分离的正极集流体与正极材料的混合物放入溶液里，并使所述溶液的比重大于正极材料的比重但小于正极集流体的比重；将已经分离的负极集流体与负极材料的混合物放入溶液里，并使所述溶液的比重大于负极材料的比重但小于负极集流体的比重，从而实现正极集流体与正极材料相分开，负极集流体与负极材料相分开。