CN114006072B - 易拆卸电池电极片及其拆卸方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种易拆卸电池电极片及其拆卸方法。该易拆卸电池电极片通过在集流体和电极活性物质之间设置镀锡层,利用金属性白锡在低温下能够快速转变为絮状或粉末状灰锡的特性,使得集流体和电极活性物质快速分离。本发明还可通过凹版印刷在镀锡层表面印刷一层导电剂,一方面可防止镀锡层因氧化导致电阻升高的问题;另一方面,导电剂通过凹版印刷会嵌入表面光滑的镀锡层,从而提升电极活性物质与集流体的粘附程度,进而提升电池的电性能和使用安全性。本发明显著简化了电极活性物质分离回收的步骤,对电极片的制备和回收利用具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及电池器件技术领域,尤其涉及一种易拆卸电池电极片及其拆卸方法。
背景技术
每年有大量锂离子电池面临退役。锂离子电池中含有镍、钴、锰、磷、锂等元素,若退役锂离子电池不能妥善回收处理,极易对环境造成污染。另一方面,对于金属资源的回收,也能减少我国对于资源进口的依赖。现阶段的锂离子电池回收工艺主要为火法与湿法,这两种工艺路线都需要消耗大量的能源,还会对环境造成一定的负担。
锂离子电池正极材料修复为一种新型工艺,具有污染少,耗能低,工艺流程简单等特点。但是对于锂离子电池正极材料修复工艺而言,前处理过程中需要先将正极材料从铝集流体上剥离。目前使用的剥离方法有利用有机溶剂或机械振动剥离等方法,但这两种方法效率差,且铝箔容易破裂成碎片混入剥离下来的正极材料中,并影响修复后正极材料等性能。
有鉴于此,有必要设计一种改进的易拆卸电池电极片及其拆卸方法,以解决上述问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种易拆卸电池电极片及其拆卸方法。通过在集流体和电极活性物质之间设置镀锡层,利用金属性白锡在低温下能够快速转变为絮状或粉末状灰锡的特性,使得集流体和电极活性物质快速分离,显著简化了电极活性物质分离回收的步骤,对电极片的制备和回收利用具有重要意义。
为实现上述发明目的,本发明提供了一种易拆卸电池电极片,包括集流体和电极活性物质,所述集流体和所述电极活性物质之间设有镀锡层;利用所述镀锡层在低温环境下的状态转变,实现所述电极活性物质与所述集流体的分离。
作为本发明的进一步改进,所述低温环境的温度范围为小于13.2℃。
作为本发明的进一步改进,所述镀锡层的厚度为0.5-3.0μm。
作为本发明的进一步改进,所述镀锡层中还添加有铋、铅、锑、银、金中的一种或多种,用于调节所述镀锡层的状态转变速率及温度。
作为本发明的进一步改进,所述集流体为铝箔集流体,所述电极活性物质为正极活性物质。
作为本发明的进一步改进,所述电极活性物质与所述集流体分离后,通过带胶黏辊、振动筛分或气流分级的方法将所述电极活性物质与粉末灰锡分离。
作为本发明的进一步改进,在所述镀锡层的表面粘附所述电极活性物质之前,先在所述镀锡层的表面设置凹凸层,以提高所述电极活性物质的粘结效果。
作为本发明的进一步改进,所述镀锡层与所述电极活性物质相接触的一侧表面还设有一层导电剂以提高所述电池电极片的导电性。
作为本发明的进一步改进,所述导电剂通过凹版印刷的方法嵌入所述镀锡层表面。
本发明还提供了一种以上任一项所述的易拆卸电池电极片的拆卸方法,包括以下步骤:
S1.将所述电池电极片置于所述镀锡层的状态转变温度以下,以使所述镀锡层中的白锡转变为絮状或粉末状灰锡,实现所述电极活性物质与所述集流体的分离;
S2.通过带胶黏辊、振动筛分或气流分级的方法将所述电极活性物质与所述絮状或粉末状灰锡分离,即得到所述电极活性物质。
本发明的有益效果是:
1.本发明提供的易拆卸电池电极片,通过在集流体和电极活性物质之间设置镀锡层,利用金属性白锡在低温下能够快速转变为絮状或粉末状灰锡的特性,使得集流体和电极活性物质快速分离。本发明具有分离效率和纯度高、能耗低、污染小的优点,显著简化了电极活性物质分离回收的步骤,对电极片的制备和回收利用具有重要意义。
2.本发明通过在镀锡层表面设置凹凸层,提高镀锡层的表面粗糙度,进而提高电极活性物质的粘结效果,防止电极活性物质从镀锡集流体上脱落,导致脱落的正极材料和负极接触,造成内短路,降低电池安全性的问题。
3.本发明优选通过凹版印刷在镀锡层表面印刷一层导电剂,可以同时实现凹凸层和导电剂的制备。一方面可防止镀锡层因氧化导致电阻升高的问题;另一方面,导电剂通过凹版印刷会嵌入表面光滑的镀锡层,从而提升电极活性物质与集流体的粘附程度,进而提升电池的电性能和使用安全性。
4.本发明通过在镀锡层中添加铋、铅、锑、银、金等金属中的一种或多种,对镀锡层的状态转变速率及转变温度进行调节,以适应不同的使用环境,因此,具有高度可调性,适用范围广。
附图说明
图1为本发明提供的易拆卸电池电极片的结构示意图。
图2为本发明提供的易拆卸电池电极片的另一种结构示意图。
附图标记
10-集流体;20-镀锡层;21-凹凸层;30-电极活性物质。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
在此,还需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤,而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外,还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
请参阅图1所示,本发明提供的一种易拆卸电池电极片,包括集流体10和电极活性物质30。其中,集流体10和电极活性物质30之间设有镀锡层20。如此设置,利用镀锡层20在低温环境下的状态转变(即金属性白锡(β锡)在低温下快速转变为絮状或粉末状灰锡(α锡)),实现电极活性物质30与集流体10的分离。此外,由于镀锡层20延展性优良,在电极片辊压或卷绕时不会出现裂痕。
其中,低温环境的温度范围为小于13.2℃,优选为0℃以下,更优选为-10℃以下,更优选为-30℃以下。镀锡层20的厚度一般为0.5-3.0μm,在此范围下对于电池的能量密度影响较小,但不以此为限,可根据实际使用需求进行设定。
特别地,镀锡层20中还添加有铋、铅、锑、银、金等金属中的一种或多种,用于调节镀锡层20的状态转变速率及转变温度。例如,可根据电池电极片使用环境进行设定,当需要在低温环境下使用时,则通常将转变温度调控至较低温度,以防使用过程中电极活性物质发生脱落,影响电池使用安全性。
在一些实施方式中,集流体10为铝箔集流体10,电极活性物质30为正极活性物质。通过镀有锡层的铝集流体,能够便于正极活性物质从锂离子电池电极片上剥离1,实现快速分离回收。例如,当锂离子电池退役后,对正极活性物质剥离以进行材料修复时,可将带有集流体的正极活性物质置于-30℃以下的环境中,利用金属性白锡(β锡)在低温下快速转变为絮状或粉末状灰锡(α锡)的特性,将正极活性物质与铝集流体分离。分离后的正极材料可通过带胶黏辊、振动筛分、气流分级等方式将正极活性物质与粉末灰锡分离。
本发明易拆卸电池电极片的一种组装方法为:先选定集流体10,然后在集流体表面通过喷镀、电镀、热喷涂等方法,在集流体10一侧或两侧制备一层镀锡层20;接着通过粘结剂将电极活性物质30粘附于镀锡层20外表面,即得到电池电极片。当极片处于低温(-30℃以下)状态时,白锡(β锡)转变为灰锡(α锡)的速度很快,可大幅提升工程效率。另外白锡(β锡)转变为灰锡(α锡)时锡层体积膨胀,因此电极活性物质30与集流体10容易分离。
特别地,请参阅图2所示,本发明考虑到镀锡层20暴露在空气中,表面会被空气氧化为致密的氧化锡薄膜,导致镀锡层20导电性下降的问题,以及镀锡层20表面光滑,若将电极活性物质30直接涂敷在镀锡层20表面,电极活性物质30的粘附程度不佳,容易从镀锡集流体10上脱落的问题,对电池电极片结构进行进一步的改进,具体如下:
在镀锡层20的表面粘附电极活性物质30之前,先在镀锡层20的表面设置一层凹凸层21,提高镀锡层20表面粗糙度,进而提高电极活性物质30的粘结效果,防止电极活性物质30从镀锡集流体10上脱落,导致脱落的正极材料和负极接触,造成内短路,降低电池安全性的问题。凹凸层21可以通过凹版印刷、化学刻蚀或者等离子体处理等构造。如此设置,当镀锡层20暴露在空气中,表面被空气氧化为致密的氧化锡薄膜时,还能将氧化层压碎,暴露出氧化层覆盖下的金属锡层,以减小镀锡层的电阻。
镀锡层20与电极活性物质30相接触的一侧表面还设有一层导电剂,以提高电池电极片的导电性。导电剂可以为SUPER-P、KS-6、导电石墨、碳纳米管、石墨烯、碳纤维VGCF、乙炔黑、科琴黑等。导电剂优选通过凹版印刷的方法嵌入镀锡层20表面。如此操作,导电剂嵌入表面光滑的镀锡层20,可以同时实现凹凸层21和导电剂的制备,从而提高电池电极片的导电性和使用安全性。
本发明还提供了一种易拆卸电池电极片的拆卸方法,包括以下步骤:
S1.将电池电极片置于镀锡层20的状态转变温度以下,以使镀锡层20中的白锡转变为絮状或粉末状灰锡,使得镀锡层20从集流体10上脱落,电极活性物质30也随之从集流体10上脱落;
S2.接着通过带胶黏辊、振动筛分或气流分级等方法将电极活性物质30与絮状或粉末状灰锡分离,即得到电极活性物质30。
本发明通过上述技术方案,能够以物理分离的形式,快速将电极活性物质30分离回收,相比现有技术中的火法或湿法回收,显著节约能耗,而且对环境无污染,具有广阔的应用前景;此外,本发明回收的电极活性物质30中基本不含铝,纯度较高,回收使用价值高,对电池电极片的可持续发展具有重要意义。
综上所述,本发明通过在集流体和电极活性物质之间设置镀锡层,利用金属性白锡在低温下能够快速转变为絮状或粉末状灰锡的特性,使得集流体和电极活性物质快速分离。本发明还通过凹版印刷在镀锡层表面印刷一层导电剂,可以同时实现凹凸层和导电剂的制备。一方面可防止镀锡层因氧化导致电阻升高的问题;另一方面,导电剂通过凹版印刷会嵌入表面光滑的镀锡层,从而提升电极活性物质与集流体的粘附程度,进而提升电池的电性能和使用安全性。本发明具有分离效率和纯度高、能耗低、污染小的优点,显著简化了电极活性物质分离回收的步骤,对电极片的制备和回收利用具有重要意义。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种易拆卸电池电极片的拆卸方法,其特征在于,所述易拆卸电池电极片包括集流体和电极活性物质,所述集流体和所述电极活性物质之间设有镀锡层;利用所述镀锡层在低温环境下的状态转变,实现所述电极活性物质与所述集流体的分离;所述易拆卸电池电极片的拆卸方法,包括以下步骤:
S1.将所述电池电极片置于所述镀锡层的状态转变温度以下,以使所述镀锡层中的白锡转变为絮状或粉末状灰锡,实现所述电极活性物质与所述集流体的分离;
S2.通过带胶黏辊、振动筛分或气流分级的方法将所述电极活性物质与所述絮状或粉末状灰锡分离,即得到所述电极活性物质。
2.根据权利要求1所述的易拆卸电池电极片的拆卸方法,其特征在于,所述低温环境的温度范围为小于13.2℃。
3.根据权利要求1所述的易拆卸电池电极片的拆卸方法,其特征在于,所述镀锡层的厚度为0.5-3.0μm。
4.根据权利要求1所述的易拆卸电池电极片的拆卸方法,其特征在于,所述镀锡层中还添加有铋、铅、锑、银、金中的一种或多种,用于调节所述镀锡层的状态转变速率及温度。
5.根据权利要求1所述的易拆卸电池电极片的拆卸方法,其特征在于,所述集流体为铝箔集流体,所述电极活性物质为正极活性物质。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的易拆卸电池电极片的拆卸方法,其特征在于,在所述镀锡层的表面粘附所述电极活性物质之前,先在所述镀锡层的表面设置凹凸层,以提高所述电极活性物质的粘结效果。
7.根据权利要求6所述的易拆卸电池电极片的拆卸方法,其特征在于,所述镀锡层与所述电极活性物质相接触的一侧表面还设有一层导电剂以提高所述电池电极片的导电性。
8.根据权利要求7所述的易拆卸电池电极片的拆卸方法,其特征在于,所述导电剂通过凹版印刷的方法嵌入所述镀锡层表面。
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