CN113426804A - 一种废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法 - Google Patents
一种废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113426804A CN113426804A CN202110697738.8A CN202110697738A CN113426804A CN 113426804 A CN113426804 A CN 113426804A CN 202110697738 A CN202110697738 A CN 202110697738A CN 113426804 A CN113426804 A CN 113426804A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lithium ion
- mixed material
- waste lithium
- ion battery
- feeding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 61
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 53
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 78
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 19
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical group [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 8
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims description 6
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000006148 magnetic separator Substances 0.000 claims description 5
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 5
- JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N alumane;copper Chemical compound [AlH3].[Cu] JRBRVDCKNXZZGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 4
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 3
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 3
- 238000007605 air drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000007602 hot air drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims 2
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010008 shearing Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 4
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 4
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 10
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 4
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910000572 Lithium Nickel Cobalt Manganese Oxide (NCM) Inorganic materials 0.000 description 2
- FBDMTTNVIIVBKI-UHFFFAOYSA-N [O-2].[Mn+2].[Co+2].[Ni+2].[Li+] Chemical compound [O-2].[Mn+2].[Co+2].[Ni+2].[Li+] FBDMTTNVIIVBKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 2
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical class [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZHQXROVTUTVPGO-UHFFFAOYSA-N [F].[P] Chemical class [F].[P] ZHQXROVTUTVPGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007259 addition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009854 hydrometallurgy Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- -1 lithium hexafluorophosphate Chemical compound 0.000 description 1
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000010297 mechanical methods and process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009853 pyrometallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 239000010926 waste battery Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000003232 water-soluble binding agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
- B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
- B02C21/00—Disintegrating plant with or without drying of the material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
- B07B—SEPARATING 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
- B07B1/00—Sieving, screening, sifting, or sorting solid materials using networks, gratings, grids, or the like
- B07B1/28—Moving screens not otherwise provided for, e.g. swinging, reciprocating, rocking, tilting or wobbling screens
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B09B5/00—Operations not covered by a single other subclass or by a single other group in this subclass
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/54—Reclaiming serviceable parts of waste accumulators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/84—Recycling of batteries or fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明公开了一种废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法；该方法通过放电、剪切破碎、低温烘干、磁选、风选、超声水力筛分、冷热交替烘干、锤式破碎、粒径筛分和涡流分选等一系列组合工艺，实现锂离子电池外壳、隔膜、电解液、负极材料、正极材料、正极集流体和负极集流体之间的分离与富集。本发明可以完全分离并富集废弃锂离子电池中的资源性组分，得到高纯度产物。整个分离富集过程无污染，无化学反应发生，无二次污染物产生，工艺流程简单，所用设备标准化程度高，分离和富集效果好，适合废弃锂离子电池回收企业使用。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化技术领域，特别涉及一种废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法。
背景技术
随着科技的进步，电能已经成为人类直接利用最多的能量形式。电池作为电能的载体也得到了广泛的应用。从上世纪 90 年代开始，由于具有高比能量、高比功率、长寿命、安全性好及环境友好等优点，锂离子电池开始商业化应用，并逐步取代其他种类的电池，应用到新能源汽车、电子、通讯、航天、现代化武器装备等领域。随着应用领域的逐渐扩大，锂离子电池的产量也大幅增加。有数据显示，2020年全国电池制造业主要产品中，锂离子电池产量188.5亿只，比2019年增长14.4%。我国已经是锂离子电池生产制造大国。然而，锂离子电池的容量会随着充放电次数的增多而逐渐下降，一般使用3-6年就会变成废弃锂离子电池。
从资源的角度考虑，废弃锂离子电池中含有多种资源性金属（如钴、镍、锂、铜、铝等）和石墨等成分，对其进行回收具有很高的经济效益。从环境的角度考虑，废弃锂离子电池中含有氟化物、毒性有机试剂和重金属。如果任其排放到自然环境中会对自然环境和人类的身体健康造成巨大的危害。所以，回收废弃锂离子电池具有很重要的现实意义，也符合资源循环和低碳发展的理念。
一个典型的锂离子电池包含如下组分：外壳（钢）、正极集流体（铝），正极材料（钴酸锂或镍钴锰酸锂、磷酸铁锂等）、负极集流体（铜）、负极材料（石墨）、隔膜（聚烯烃多孔膜）和电解液（碳酸乙烯酯、六氟磷酸锂等复杂混合溶剂）。正极材料通过粘结剂粘结在正极集流体铝箔上，负极材料也通过粘结剂粘结在负极集流体铜箔上，分别组成正负电极片。正负电极片所用的粘结剂成分和性质也不相同。目前对于废弃锂离子电池回收的科学研究与技术开发主要集中于正极材料中镍、钴等稀贵金属的提取，所用方法主要为湿法冶金和火法冶金。而对于金属提取的前段工序—分离与富集（既电池各组分之间的分离与富集）研究不多。我们对电池各组分的分离与富集技术进行梳理发现，主要有如下几个代表性的方法：
（1）机械物理方法：
专利《一种废旧锂电池全组分物料分离收集装置及方法》（赵光金等，CN105826629A）公开了一种废旧锂电池全组分物料分离收集方法和装置。该方法采用三级破碎工艺，将废旧电池破碎为小颗粒混合物料，再通过一次粒径筛选分离正极材料石墨混合物与集流体混合物。之后进一步通过粒径筛分集流体混合物来分离铜和铝，通过气流分选分离石墨和正极材料。该方法回收过程无任何化学试剂添加，也无任何化学反应发生，是一种绿色环保的方法。但是，在实际操作中我们发现，由于正极材料和石墨均通过粘结剂与集流体粘合在一起，通过此专利所述三级破碎，破碎的集流体上仍粘结大量正极材料或石墨，正极材料和石墨与集流体的解离率低于30%。因此，此方法无法实现正极材料、石墨、集流体的有效解离，也就无法通过筛分有效分离几种组分。
（2）热处理加机械物理方法：
专利《废锂电池电极组成材料的资源化分离工艺》（贺文智等，CN101692510A）公开了一种正极材料与集流体在热处理后分离的工艺。该方法将正极材料加集流体剪成片状，放入滚筒设备加热到350-550℃，保持10-60分钟以热解粘结剂。再通过筛分实现正极材料与集流体到分离。
高勇等报道了一种热处理加破碎工艺分离正极材料和集流体的方法（《废动力锂电池正极材料与集流体的分离研究》）。该方法将手工拆解得到的正极材料加集流体在300℃条件下加热2小时，让粘结剂充分热分解，再通过破碎方法分离正极材料和集流体。
经过实验验证，热处理加机械物理方法可以实现正极材料和集流体的高解离率。但是，粘结剂在热处理过程中会释放大量有毒的有机污染物，增加后续的环保处理成本。
（3）化学方法：
专利《一种废旧锂电池正极活性材料与集流体的分离方法》（徐政等，CN111326817A）公开了一种电池正极材料与集流体分离的方法。该方法将手工拆解得到的正极材料加集流体浸泡于高浓度强碱溶液中，将集流体溶解，从而实现集流体与正极材料的分离。此方法利用铝可溶于碱液的特点，分离效果较好。但是，采用大量强碱溶液，带来操作风险的同时，会产生大量废液，不利于环保。
周旭等报道了一种用化学试剂分离正极材料的方法（《废锂电池电极材料资源化分离研究》）。该方法将正极材料加集流体浸泡于二甲基甲酰胺（DMF）溶液中溶解粘结剂，实现集流体与正极材料的分离。此方法也可以实现二者的分离，但是使用大量DMF试剂，具有一定的毒性，此外产生的大量有机废水也会增加后续环保处理的成本。
以上方法，有些难以真正实现锂离子电池多种组分的有效分离，有些仅实现正极材料和集流体的分离，且带来很多环保问题。因此，在实验研究的基础上，我们提出了一种全新的废弃锂离子电池资源性组分有效物理分离与富集的方法。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法。本发明首先根据锂离子电池组分在脆性、韧性、挥发性、磁性、密度上的差异，通过剪切式破碎、低温烘干、磁选、风选连用手段，实现电解液、外壳、隔膜和电极的分离与富集。再根据水溶性、膨胀系数、破碎粒度、磁感强度上的差异，通过超声水力筛分、冷热交替烘干、锤式破碎、粒径筛分和涡流分选实现正极集流体、正极材料、负极集流体和负极材料之间的分离富集。整个分离富集过程无化学反应发生，无二次污染物生成，通过纯物理手段实现废弃锂离子电池资源性组分的完整分离与富集。
本发明的技术解决方案如下：
一种废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法，废弃锂离子电池中正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔、负极材料为石墨，隔膜为聚烯烃类多孔膜；该方法包括如下步骤：
（1）将废弃锂离子电池通过溶液浸泡或电阻消耗方式完全放电；
（2）将步骤（1）中的放电后的锂离子电池给料到剪切式破碎机中撕碎，得到撕碎后的混合物料A；
（3）将步骤（2）中的混合物料A给料到低温烘干机中以一定温度进行电解液烘干，待挥发性气体（例如碳酸丙烯酯PC、碳酸二乙酯DEC、氟磷化合物等）全部进入尾气吸附装置后，得到混合物料B；
（4）将步骤（3）中得到的混合物料B给料到磁选机分离钢制外壳，得到混合物料C；
（5）将步骤（4）中得到的混合物料C给料到风选机分离出隔膜，得到混合物料D；
（6）将步骤（5）中得到的混合物料D给料到超声设备，超声设备中加入一定量的水，超声处理一段时间，之后将混合物料D和水一起投入滤网过滤装置，粗滤网上得到正极电极片和负极集流体组成的混合物料E，粗滤网下得到水和负极材料石墨的混合物，再将水和石墨混合物通过细滤网过滤，细滤网上得到负极材料石墨，细滤网下为水，分离后的水可再次回用到超声设备中；
（7）将步骤（6）中得到的混合物料E给料到冷热交替烘干设备中，将水分吹干；
（8）将步骤（7）中吹干的混合物料E给料到锤式破碎机中进行破碎，得到混合物料F；
（9）将步骤（8）中得到的混合物料F给料到振动筛分机中进行筛分，筛分机有三层粒径区间进行出料，最下层得到正极材料，中间层得到混合物料G，混合物料G为铜铝混合物，最上层得到混合物料H；
（10）将步骤（9）中得到的混合物料H返回步骤（8）中的锤式破碎机中继续破碎；
（11）将步骤（9）中得到的混合物料G给料到涡流分选机分离出铜和铝。
上述步骤 （2）中，剪切式破碎机为双轴或多轴撕碎机，用于将锂离子电池撕碎成5-10 mm粒径的碎片。
上述步骤（3）中，低温烘干机的烘干温度为55-65℃，烘干温度和烘干时间可调，烘干过程可提供密闭负压环境。
上述步骤（6）中，粗滤网孔径在0.25-1mm之间，细滤网孔径在0.01-0.05mm之间。。
上述步骤（7）中，冷热交替烘干设备一般为鼓风干燥机，可交替向混合物料吹冷风和热风，次数和时间可控；热风烘干温度为55-65℃，冷风烘干温度为室温。
上述步骤（8）中，锤式破碎机出料口筛网孔径为2 mm。
上述步骤（9）中，振动筛分机中包括双层筛网，可将物料筛分为三层，下层滤网孔径在0.045mm-0.1mm之间，上层筛网孔径在0.25-0.5mm之间。
本发明的分离富集方法原理如下：
（1）剪切式破碎机可将锂离子电池外壳、隔膜和正负电极片组分撕碎，但不会将粒径破碎的过小，也不会使正极材料和负极材料从各自的集流体上脱落。
（2）低温烘干加吸附装置可在电解液分解温度以下实现电解液的挥发和吸附，以去除其对后续分离的干扰并消除环境污染。
（3）锂离子电池中只有外壳是铁磁性的钢，因此，可通过磁选机将外壳分离富集。
（4）隔膜的密度与正负电极片相比差异极大。因此，可通过风选将隔膜分离富集。
（5）负极电极片中的粘结剂为水溶性粘结剂，在清水中超声处理即可实现粘结剂的分解。因此，可通过水中超声处理使负极材料从负极集流体上脱落。负极材料为石墨颗粒，粒径较小，可通过粗滤网过滤，将正极电极片和负极集流体分离。过滤后的液体部分再次通过细滤网过滤，分离石墨和水。细滤网孔径不应大于0.05 mm、不应小于0.01mm。
（6）正极材料为颗粒状钴酸锂或镍钴锰酸锂材料，硬度较高，膨胀系数很小。铝箔在不同温度下的膨胀系数远大于正极材料颗粒。因此，可通过冷热风交替形式烘干正极电极片上的水分，同时反复制造电极片的温度变化。利用正极材料和集流体在膨胀系数上的差异使得正极材料与集流体在接触面上发生相对位移，降低粘附力。再通过锤式破碎施加外力破碎电极片，使正极材料与正极集流体完全解离。
（7）正负集流体分别为铝和铜材质，金属韧性远高于正极材料，破碎后的正极材料为小粒径颗粒，而集流体粒径较大，可通过振动筛分分离富集。振动筛分机下层滤网孔径不应大于0.1 mm 、不应小于0.045mm，上层筛网孔径不应大于0.5 mm、不应小于0.25mm。
（8）铜和铝的电磁感应强度不同。因此，可通过涡流分选机实现铜铝的分离富集。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）本发明方案是个有机整体，其全面多角度考量锂离子电池不同组成组分的性质，通过环环相扣的物理方法，先实现电解液、外壳、隔膜和电极的分离与富集；再对电极进行精细分离，实现正极集流体、正极材料、负极集流体和负极材料之间的分离富集，达到将废弃锂离子电池资源性组分完全分离和富集的目的，并且所得产物纯度高。
（2）整个分离富集过程无污染，无化学反应发生，无二次污染物产生，工艺流程简单，所用设备标准化程度高，分离和富集效果好，适合废弃锂离子电池回收企业使用。
附图说明
图1为本发明一种废弃锂离子电池资源性组分的有效物理分离富集方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参阅图1，图1为本发明一种废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法的工艺流程图。如图1所示，本发明通过放电、剪切破碎、低温烘干、磁选、风选、超声水力筛分、冷热交替烘干、锤式破碎、粒径筛分和涡流分选等一系列组合工艺，实现锂离子电池外壳、隔膜、电解液、负极材料、正极材料、正极集流体和负极集流体之间的分离与富集。实施过程的具体步骤如下：
（1）将收集到的锂离子电池浸泡于饱和NaCl溶液中持续12小时，使电池充分放电，电压低于1 V。
（2）将放电后的锂离子电池给料到5 kW双轴撕碎机中进行剪切破碎，通过调节双轴撕碎机的轴距使出料粒径介于5-10 mm之间，得到混合物料A。
（3）将混合物料A给料到烘干机以60℃低温烘干1小时，可以去除99.6 %的电解液，得到混合物料B。
（4）将混合物料B给料到功率为2.2 kW的磁选机，混合物料B以0.3米/秒通过磁选机，可以去除接近100 %的钢制外壳，得到混合物料C。
（5）将混合物料C给料到功率为4.5 kW风选机，每分钟进料20 kg，可以去除99 %的隔膜，风选机下出料口得到混合物料D。
（6）分批次将混合物料D给料到1.8 kW的工业超声清洗设备，单次加入混合物料30kg，加入清水，超声处理1分钟。之后将水和超声后的混合物料D一起过1 mm孔径筛，筛上得到正极电极片和负极集流体组成的混合物料E，筛下得到石墨和水的混合物。再将筛下物过0.05 mm孔径筛，筛上得到石墨，筛下为清水。清水回用到工业超声清洗设备。
（7）分批次将混合物料E给料到功率为2 kW的鼓风干燥机中，单次加入混合物料30kg，先用冷风吹物料10分钟，之后用60 ℃热风吹物料10分钟，冷热交替吹3个周期，将混合物料F取出。
（8）将混合物料F送料到4 kW的锤式破碎机中，锤式破碎机出料口筛网孔径为2mm，得到混合物料G。
（9）将混合物料G送料到1 kW振动筛分机中，筛分机设置双层筛网，上层筛网孔径为0.5 mm，下层筛网孔径为0.1 mm。每分钟进料20 kg，上层筛网的筛上料送回锤式破碎机继续破碎。下层筛网的筛上料是混合物料H，为铜铝混合物。下层筛网的筛下料为正极材料。
（10）将混合物料H送料到2.8 kW的涡流分选机，送料速度0.05米/秒，铜铝分选效率达到98 %。
通过上述步骤，本分离富集方法具有以下特点：
（1）可以完全分离并富集废弃锂离子电池中的资源性组分，得到高纯度产物，这是现有物理回收方法无法实现的。
（2）整个分离富集过程无污染，无化学反应发生，无二次污染物产生，工艺流程简单，所用设备标准化程度高，分离和富集效果好，适合废弃锂离子电池回收企业使用。
Claims (7)
1.一种废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法，其特征在于，废弃锂离子电池中正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔、负极材料为石墨，隔膜为聚烯烃类多孔膜；该方法包括如下步骤：
（1）将废弃锂离子电池通过溶液浸泡或电阻消耗方式完全放电；
（2）将步骤（1）中的放电后的锂离子电池给料到剪切式破碎机中撕碎，得到撕碎后的混合物料A；
（3）将步骤（2）中的混合物料A给料到低温烘干机中以一定温度进行电解液烘干，待电解液中易挥发物质全部进入尾气吸附装置被去除后，得到混合物料B；
（4）将步骤（3）中得到的混合物料B给料到磁选机分离钢制外壳，得到混合物料C；
（5）将步骤（4）中得到的混合物料C给料到风选机分离出隔膜，得到混合物料D；
（6）将步骤（5）中得到的混合物料D给料到超声设备，超声设备中加入一定量的水，超声处理一段时间，之后将混合物料D和水一起投入滤网过滤装置，粗滤网上得到正极电极片和负极集流体组成的混合物料E，粗滤网下得到水和负极材料石墨的混合物，再将水和石墨混合物通过细滤网过滤，细滤网上得到负极材料石墨，细滤网下为水，分离后的水可再次回用到超声设备中；
（7）将步骤（6）中得到的混合物料E给料到冷热交替烘干设备中，将水分吹干；
（8）将步骤（7）中吹干的混合物料E给料到锤式破碎机中进行破碎，得到混合物料F；
（9）将步骤（8）中得到的混合物料F给料到振动筛分机中进行筛分，筛分机有三层粒径区间进行出料，最下层得到正极材料，中间层得到混合物料G，混合物料G为铜铝混合物，最上层得到混合物料H；
（10）将步骤（9）中得到的混合物料H返回步骤（8）中的锤式破碎机中继续破碎；
（11）将步骤（9）中得到的混合物料G给料到涡流分选机分离出铜和铝。
2.如权利要求1所述的废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法，其特征在于，步骤 （2）中，剪切式破碎机为双轴或多轴撕碎机，用于将锂离子电池撕碎成5-10 mm粒径的碎片。
3.如权利要求1所述的废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法，其特征在于，步骤（3）中，低温烘干机的烘干温度为55-65℃。
4.如权利要求1所述的废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法，其特征在于，步骤（6）中，粗滤网孔径在0.25-1mm之间，细滤网孔径在0.01-0.05mm之间。
5.如权利要求1所述的废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法，其特征在于，步骤（7）中，冷热交替烘干设备采用鼓风干燥机，热风烘干温度为55-65℃，冷风烘干温度为室温。
6.如权利要求1所述的废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法，其特征在于，步骤（8）中，锤式破碎机出料口筛网孔径为2 mm。
7.如权利要求1所述的废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法，其特征在于，步骤（9）中，振动筛分机中包括双层筛网，下层滤网孔径在0.045mm-0.1mm之间，上层筛网孔径在0.25-0.5mm之间。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110697738.8A CN113426804A (zh) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 一种废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110697738.8A CN113426804A (zh) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 一种废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113426804A true CN113426804A (zh) | 2021-09-24 |
Family
ID=77753457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110697738.8A Pending CN113426804A (zh) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 一种废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113426804A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115007614A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-09-06 | 北辰先进循环科技(青岛)有限公司 | 一种废弃锂离子电池正负极片破碎料分选方法 |
| CN115156243A (zh) * | 2022-07-18 | 2022-10-11 | 中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所 | 一种废旧电池正负极材料的回收工艺 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000015216A (ja) * | 1998-06-30 | 2000-01-18 | Toshiba Corp | リチウムイオン２次電池からの正極活物質の再生方法 |
| KR20120126946A (ko) * | 2011-05-13 | 2012-11-21 | 엘에스니꼬동제련 주식회사 | 리튬이온전지의 재생공정을 위한 전처리방법 |
| CN103045870A (zh) * | 2013-01-05 | 2013-04-17 | 深圳市泰力废旧电池回收技术有限公司 | 一种从废弃锂离子电池中资源化综合回收有价金属的方法 |
| CN106450542A (zh) * | 2016-09-29 | 2017-02-22 | 上海交通大学 | 一种废旧锰酸锂锂离子电池的资源化方法 |
| CN108365290A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-08-03 | 中航锂电技术研究院有限公司 | 一种废旧新能源汽车锂离子动力电池全组份回收与再利用方法 |
| CN111430832A (zh) * | 2020-03-11 | 2020-07-17 | 中南大学 | 一种废旧三元锂离子电池无需放电预处理的全资源回收方法 |
| CN111822140A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-10-27 | 合肥国轩电池材料有限公司 | 一种废旧软包锂电池的回收方法 |
-
2021
- 2021-06-23 CN CN202110697738.8A patent/CN113426804A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000015216A (ja) * | 1998-06-30 | 2000-01-18 | Toshiba Corp | リチウムイオン２次電池からの正極活物質の再生方法 |
| KR20120126946A (ko) * | 2011-05-13 | 2012-11-21 | 엘에스니꼬동제련 주식회사 | 리튬이온전지의 재생공정을 위한 전처리방법 |
| CN103045870A (zh) * | 2013-01-05 | 2013-04-17 | 深圳市泰力废旧电池回收技术有限公司 | 一种从废弃锂离子电池中资源化综合回收有价金属的方法 |
| CN106450542A (zh) * | 2016-09-29 | 2017-02-22 | 上海交通大学 | 一种废旧锰酸锂锂离子电池的资源化方法 |
| CN108365290A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-08-03 | 中航锂电技术研究院有限公司 | 一种废旧新能源汽车锂离子动力电池全组份回收与再利用方法 |
| CN111430832A (zh) * | 2020-03-11 | 2020-07-17 | 中南大学 | 一种废旧三元锂离子电池无需放电预处理的全资源回收方法 |
| CN111822140A (zh) * | 2020-06-16 | 2020-10-27 | 合肥国轩电池材料有限公司 | 一种废旧软包锂电池的回收方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115156243A (zh) * | 2022-07-18 | 2022-10-11 | 中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所 | 一种废旧电池正负极材料的回收工艺 |
| CN115007614A (zh) * | 2022-07-22 | 2022-09-06 | 北辰先进循环科技(青岛)有限公司 | 一种废弃锂离子电池正负极片破碎料分选方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sun et al. | Management status of waste lithium-ion batteries in China and a complete closed-circuit recycling process | |
| CN105428745B (zh) | 一种废旧锂离子动力电池无害化综合回收利用方法 | |
| CN108011146B (zh) | 废旧锂电池再资源化回收方法 | |
| CN100449011C (zh) | 失效锂离子电池中有价金属的回收方法 | |
| CN109473747A (zh) | 一种废旧锂离子电池拆解回收方法 | |
| CN112756104B (zh) | 一种废旧锂电池的湿法分选工艺及其应用 | |
| CN104577249A (zh) | 一种废旧钴酸锂锂离子电池资源化的处理方法 | |
| CN101383441A (zh) | 一种磷酸铁锂电池正极废片的综合回收方法 | |
| CN113426804A (zh) | 一种废弃锂离子电池资源性组分的物理分离富集方法 | |
| CN107069078B (zh) | 一种锂离子电池极片材料的回收方法 | |
| CN113976595A (zh) | 一种软包锂离子电池回收处理系统及工艺 | |
| CN102009054A (zh) | 一种废旧锂离子电池高效粉碎新工艺 | |
| CN111530884A (zh) | 一种动力锂电池单体回收方法 | |
| CN110808430A (zh) | 锂离子电池正极材料的分离提纯方法及得到的锂离子电池正极材料 | |
| CN111430832A (zh) | 一种废旧三元锂离子电池无需放电预处理的全资源回收方法 | |
| CN113083848A (zh) | 废旧磷酸铁锂电池正、负极材料分选回收方法 | |
| CN113999976A (zh) | 一种废旧锂离子电池有价组分的回收方法 | |
| CN113067028A (zh) | 一种磷酸铁锂退役锂离子电池回收再利用方法 | |
| CN114243142A (zh) | 一种废旧锂电池中有价成份全回收的方法 | |
| CN102332623B (zh) | 锂离子电池正极材料回收方法 | |
| CN111180821B (zh) | 一种废旧锂离子电池无害化回收分选方法 | |
| KR102253804B1 (ko) | 자동차용 폐이차전지의 블랙파우더 선별분리방법 | |
| CN111525209A (zh) | 一种动力锂电池的回收方法 | |
| CN114361636A (zh) | 一种废旧锂离子电池清洁回收处理的方法 | |
| CN111224188A (zh) | 一种废动力锂电池的绿色回收工艺 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |