CN114094224B - 一种高电压废旧锂电池的高效处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池回收处理技术领域，具体公开一种高电压废旧锂电池的高效处理方法。所述高电压废旧锂电池的高效处理方法包括以下步骤：a、在惰性气体气氛中将高电压废旧锂离子电池在450‑600℃无氧热解15‑25min，释放和回收电解液蒸汽；b、将热解后的电池破碎、筛分，得到电池碎料和正负极粉料；c、电池碎料依次经过磁选、风选、研磨、超声波筛分和铜铝分选，分离出钢壳、铝壳、正负极粉料、铜粉和铝粉；超声波筛分的震动频率为1200‑1500次/min，筛网目数为200目。本发明提供的处理方法实现了对高电压废旧锂电池的安全、高效、清洁回收处理，实现了电极材料、铜和铝的高效分离与回收，对不同锂电池具有兼容性。

Description

一种高电压废旧锂电池的高效处理方法

技术领域

本发明涉及电池回收处理技术领域，尤其涉及一种高电压废旧锂电池的高效处理方法。

背景技术

随着新能源汽车中使用锂离子电池比例不断升高，锂电池的市场空间越来越广阔。电动汽车以电代油，能够实现“零排放”与“低噪音”，是解决能源和环境问题的重要手段。以电动汽车为代表的新一代节能与环保汽车已经成汽车工业发展的必然趋势。然而，动力电池的性能会随着使用次数的增加而衰减，当动力电池性能下降到原性能的80%时，将不能达到电动汽车的使用标准。随着电动汽车保有量的增加，不能达到电动车使用标准的动力电池组件将大量涌现。如何处理这些电动汽车上淘汰下来的电池，也逐渐成为新能源汽车产业发展与环境、资源之间的矛盾。因此，无论从资源环境保护角度衡量，还是从新能源汽车发展行业角度衡量，汽车动力电池的回收利用都是必须和重要的。

随着锂离子动力电池累计报废量的迅速增加，汽车动力电池的回收再利用已成为资源节约、环境保护中的一项重大任务。现阶段，废旧锂离子电池的处理方式基本上都是先将电池放电至安全电压以下，防止后续破碎时起火爆炸，但淘汰下来的废旧锂电池完全放电的难度极大，且放电的周期较长，会占用大量的时间，处理成本高、效率低；而且放电后的电池再进行破碎以及热解等工艺的效率低、时间长、工艺复杂，电解液也无法得到有效利用。同时，锂电池正负极材料是通过粘结剂粘附在集流体上，如何实现正负极材料的高效脱离，提高正负极材料的回收效率以及电池内部的电解液的资源化回收利用率也是目前的一大难题。

发明内容

针对现有废旧锂离子电池的处理回收方法存在的上述问题，本发明提供一种高电压废旧锂电池的高效处理方法，该高电压废旧锂电池的高效处理方法实现了废旧锂离子电池在高压下（不放电的情况下）的安全回收处理，提升了废旧锂离子电池的处理效率，以及电极材料、铜和铝的高效分离与回收，避免了电解液直接热解造成的资源浪费，对不同的废旧锂电池回收具有兼容性。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种高电压废旧锂电池的高效处理方法，包括以下步骤：

a、在惰性气体气氛中将所述高电压废旧锂离子电池加热至450℃-600℃，进行无氧热解，释放和回收电解液蒸汽，得到热解后的电池；所述无氧热解的时间为15min-25min；

b、将所述热解后的电池破碎、筛分，得到电池碎料和正负极粉料；

c、所述电池碎料依次经过磁选和风选，分离出钢壳和铝壳；然后对剩余的电池碎料进行研磨；再将研磨后的电池碎料进行超声波筛分，分离出正负极粉料；并对剩余的碎料进行铜铝分选，得到铜粉和铝粉；所述超声波筛分的震动频率为1200次/min-1500次/min，筛网目数为200目。

相对于现有技术，本发明提供的高电压废旧锂电池的高效处理方法实现了全自动兼容性废旧锂离子电池的高电压处理，省去了废旧电池的放电预处理过程，提高了废旧锂离子电池的处理效率和产能，缩短了电池分选回收的工艺流程；解决了高电压（不放电）废旧锂离子电池热解时出现温度失控、燃爆等安全问题；电解液通过气体形式排出，解决了电解液直接热解造成的资源浪费的技术难题，实现对电解液的安全、高效回收，避免了电解液在电池破碎过程中的无组织排放；对不同外形、不同尺寸、不同材料的废旧锂电池的破碎分选具有兼容性，对不同锂离子电池的电解液、正负极材料、外壳金属材料和内部金属材料均实现高效分离和回收；同时本发明提供的高电压废旧锂离子电池的处理方法为干法处理技术，无废水产生。

在450-600℃的热解温度下，热解15min-25min，电解液可快速变成蒸汽使得电池内部压力达到安全泄压阀安全压力时，安全阀打开电解液蒸汽从安全阀位置喷出，同时在此热解条件下可以将电池内部的隔膜、粘结剂等有机物质热解完全。

优选的，步骤a中，所述惰性气体为氩气、氮气或二氧化碳。

在上述惰性气体气氛中进行热解，一方面可以防止废旧锂电池热解过程中电解液蒸汽喷出发生爆燃，另一方面还可以避免铜铝发生氧化。

优选的，步骤a中，回收所述电解液蒸汽的方法为：将所述电解液蒸汽通过管道进入冷凝器中冷凝，得到电解液。

优选的，步骤b中，所述破碎的方法为：先将所述热解电池破碎成50mm以下的粗碎料，再将所述粗碎料继续破碎成20mm以下的细碎料。

优选的，步骤b中，所述筛分的方法为：将所述热解后的电池破碎后，用80目筛网筛分，筛下物为所述正负极粉料，截留物为所述电池碎料。

优选的，步骤c中，所述磁选过程的磁场强度为1200GS-2000GS。

优选的，步骤c中，所述风选的风速为0.7m/s-1.5m/s。

优选的，步骤c中，所述铜铝分选是根据铜和铝的比重差异将所述铜粉和铝粉分离。

优选的，所述处理方法还包对步骤a中产生的废气的处理，以及对步骤b和步骤c中产生的粉尘的处理。

优选的，所述废气的处理方法包括布袋除尘、喷淋和活性炭吸附；所述粉尘的处理方法包括布袋除尘和旋风除尘。

通过上述废气和粉尘的处理方法，实现对锂离子电池处理过程产生的废气和粉尘的无害化处理。

附图说明

图1是本发明实施例1中的废旧锂离子电池的处理方法的工艺流程框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

废旧18650锂离子电池的处理方法，包括以下步骤：

a、将未进行放电预处理的废旧18650钢壳锂离子电池送入热解炉中，同时通入氮气，加热至450℃进行无氧热解15min，无氧热解过程中电池内部的电解液快速变成蒸汽，使电池内部压力升高进而将电池安全阀打开直至电解液蒸汽喷出，电解液蒸汽通过管道至冷凝器中冷凝，该过程电解液去除率达到95.5%；同时电池内部的隔膜、粘结剂等有机物发生热解，隔膜热解率达到90.4%，实现电池内部的电能快速释放与消失，致使电池失效，得到热解后的电池；无氧热解过程产生的废气依次经过布袋除尘、喷淋和活性炭吸附处理后排出；

b、取出热解后的电池送至破碎机中破碎打散，得到粒径在50mm以下的粗碎料，再将粗碎料进行二级破碎，得到粒径在20mm以下的细碎料，然后用80目筛网筛分，得到的筛下物为正负极粉料，截留物为剩余的电池碎料；破碎和筛分产生的粉尘依次经过旋风除尘和布袋除尘后排放；

c、将上述电池碎料在1200GS的磁场强度下进行磁选，分离出钢壳，然后在0.7m/s的风速下风选，分离出铝壳，再将剩余的电池碎料进行研磨，使粘附在电池碎料（此时电池碎料基本为铜铝片）上的正负极粉料脱落，继续研磨至电池碎料的粒度小于40目对应的粒度（形成铜粉和铝粉），再将研磨后的电池碎料进行超声波筛分，超声波筛分中，超声波筛分的震动频率为1200次/min、筛网目数为200目，分离出小于200目（小于230μm的粒度）的正负极粉料；根据铜和铝的比重差异通过比重分离机对剩余的碎料进行铜铝分选，得到铜粉和铝粉；上述磁选、风选和超声波筛分中产生的粉尘依次经过旋风除尘和布袋除尘后排放。

上述锂离子电池的分选回收方法中，正负极粉料的回收率为99.0%，其中铝和铜的含量均小于0.5%；铜的回收率98.0%，铝的回收率98.2%。

实施例2

废旧32650锂离子电池的处理方法，包括以下步骤：

a、将未进行放电预处理的废旧32650钢壳锂离子电池送入热解炉中，同时通入二氧化碳，加热至500℃进行无氧热解20min，无氧热解过程中电池内部的电解液快速变成蒸汽，使电池内部压力升高进而将电池安全阀打开直至电解液蒸汽喷出，电解液蒸汽通过管道至冷凝器中冷凝，该过程电解液去除率达到96.3%；同时电池内部的隔膜、粘结剂等有机物发生热解，隔膜热解率达到91.7%，实现电池内部的电能快速释放与消失，致使电池失效，得到热解后的电池；无氧热解过程产生的废气依次经过布袋除尘、喷淋和活性炭吸附处理后排出；

b、取出热解后的电池送至破碎机中破碎打散，得到粒径在40mm以下的粗碎料，再将粗碎料进行二级破碎，得到粒径在15mm以下的细碎料，然后用80目筛网筛分，得到的筛下物为正负极粉料，截留物为剩余的电池碎料；破碎和筛分产生的粉尘依次经过旋风除尘和布袋除尘后排放；

c、将上述电池碎料在1500GS的磁场强度下进行磁选，分离出钢壳，然后在1m/s的风速下风选，分离出铝壳，再将剩余的电池碎料进行研磨，使粘附在电池碎料（此时电池碎料基本为铜铝片）上的正负极粉料脱落，继续研磨至电池碎料的粒度小于40目对应的粒度（形成铜粉和铝粉），再将研磨后的电池碎料进行超声波筛分，超声波筛分中，超声波筛分的震动频率为1300次/min、筛网目数为200目，分离出小于200目（小于230μm的粒度）的正负极粉料；根据铜和铝的比重差异通过比重分离机对剩余的碎料进行铜铝分选，得到铜粉和铝粉；上述磁选、风选和超声波筛分中产生的粉尘依次经过旋风除尘和布袋除尘后排放。

上述锂离子电池的分选回收方法中，正负极粉料的回收率为99.3%，其中铝和铜的含量均小于0.5%；铜的回收率98.4%，铝的回收率98.5%。

实施例3

废旧42700锂离子电池的处理方法，包括以下步骤：

a、将未进行放电预处理的废旧42700钢壳锂离子电池送入热解炉中，同时通入氩气，加热至600℃进行无氧热解25min，无氧热解过程中电池内部的电解液快速变成蒸汽，使电池内部压力升高进而将电池安全阀打开直至电解液蒸汽喷出，电解液蒸汽通过管道至冷凝器中冷凝，该过程电解液去除率达到97.1%；同时电池内部的隔膜、粘结剂等有机物发生热解，隔膜热解率达到92.0%，实现电池内部的电能快速释放与消失，致使电池失效，得到热解后的电池；无氧热解过程产生的废气依次经过布袋除尘、喷淋和活性炭吸附处理后排出；

b、取出热解后的电池送至破碎机中破碎打散，得到粒径在35mm以下的粗碎料，再将粗碎料进行二级破碎，得到粒径在10mm以下的细碎料，然后用80目筛网筛分，得到的筛下物为正负极粉料，截留物为剩余的电池碎料；破碎和筛分产生的粉尘依次经过旋风除尘和布袋除尘后排放；

c、将上述电池碎料在2000GS的磁场强度下进行磁选，分离出钢壳，然后在1.5m/s的风速下风选，分离出铝壳，再将剩余的电池碎料进行研磨，使粘附在电池碎料（此时电池碎料基本为铜铝片）上的正负极粉料脱落，继续研磨至电池碎料的粒度小于40目对应的粒度（形成铜粉和铝粉），再将研磨后的电池碎料进行超声波筛分，超声波筛分中，超声波筛分的震动频率为1500次/min、筛网目数为200目，分离出小于200目（小于230μm的粒度）的正负极粉料；根据铜和铝的比重差异通过比重分离机对剩余的碎料进行铜铝分选，得到铜粉和铝粉；上述磁选、风选和超声波筛分中产生的粉尘依次经过旋风除尘和布袋除尘后排放。

上述锂离子电池的分选回收方法中，正负极粉料的回收率为99.4%，其中铝和铜的含量均小于0.5%；铜的回收率98.0%，铝的回收率98.0%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高电压废旧锂电池的高效处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、在惰性气体气氛中将未经放电的高电压废旧锂离子电池加热至450℃-600℃，进行无氧热解，释放和回收电解液蒸汽，得到热解后的电池；所述无氧热解的时间为15min-25min；

b、将所述热解后的电池破碎、筛分，得到电池碎料和正负极粉料；

c、所述电池碎料依次经过磁选和风选，依次分离出钢壳和铝壳；然后对剩余的电池碎料进行研磨，再将研磨后的电池碎料进行超声波筛分，分离出正负极粉料；并对剩余的碎料进行铜铝分选，得到铜粉和铝粉；所述超声波筛分的震动频率为1200次/min-1500次/min，筛网目数为200目。

2.如权利要求1所述的高电压废旧锂电池的高效处理方法，其特征在于：步骤a中，所述惰性气体为氩气。

3.如权利要求1所述的高电压废旧锂电池的高效处理方法，其特征在于：步骤a中，回收所述电解液蒸汽的方法为：将所述电解液蒸汽通过管道进入冷凝器中冷凝，得到电解液。

4.如权利要求1所述的高电压废旧锂电池的高效处理方法，其特征在于：步骤b中，所述破碎的方法为：先将所述热解电池破碎成50mm以下的粗碎料，再将所述粗碎料继续破碎成20mm以下的细碎料；

和/或步骤b中，所述筛分的方法为：将所述热解后的电池破碎后，用80目筛网筛分，筛下物为所述正负极粉料，截留物为所述电池碎料。

5.如权利要求1所述的高电压废旧锂电池的高效处理方法，其特征在于：步骤c中，所述磁选过程的磁场强度为1200GS-2000GS；

和/或步骤c中，所述风选的风速为0.7m/s-1.5m/s。

6.如权利要求1所述的高电压废旧锂电池的高效处理方法，其特征在于：步骤c中，所述铜铝分选是通过铜和铝的比重差异将所述铜粉和铝粉分离。

7.如权利要求1所述的高电压废旧锂电池的高效处理方法，其特征在于：所述处理方法还包对步骤a中产生的废气的处理，以及对步骤b和步骤c中产生的粉尘的处理。

8.如权利要求7所述的高电压废旧锂电池的高效处理方法，其特征在于：所述废气的处理方法包括布袋除尘、喷淋和活性炭吸附；所述粉尘的处理方法包括布袋除尘和旋风除尘。

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