CN114300776B - 一种锂离子电池材料回收分筛的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锂离子电池材料回收分筛的方法，包括如下步骤：将废弃电池破碎、气流分选；磁选分离铁质外壳；对电极片进行二次破碎；根据集流体粉末与电极材料粉末的粒度差异对两者进行筛分；对筛分后的电极材料粉末进行球磨处理；通过二次磁选去除磁性杂质，并筛选得到含钴或者含镍正极材料；对剩余粉末材料采用浮选法，得到磷酸铁锂；对含钴或者含镍正极材料进行三次磁选，筛分出Ni、Co、Mn不同含量的各类三元材料；从集流体粉末中分离得到Cu粉与Al粉。本发明提供的锂离子电池材料回收分筛的方法，能高效回收锂电池中的正负极材料，不仅可以分筛出磷酸铁锂和三元材料，而且分筛出不同牌号的三元材料，以适应工业大规模自动化回收锂离子电池。
Description
技术领域
本发明涉及废旧锂离子电池回收再利用技术领域，具体涉及一种锂离子电池材料回收分筛的方法。
背景技术
锂离子电池容量大，工作电压高，允许较宽的工作温度范围，且具有安全性高，充放电安全快，没有记忆效应，体积小，重量轻，能量高等特点，因此被广泛应用于新能源汽车领域。但是由于目前技术条件的限制，电池使用寿命在1-3年左右。随着新能源汽车产量显著上升，未来将有大量的废旧锂电池需要回收。锂电池中含有的Cu、Co、Ni、Mn等金属元素，在生态环境中产生累积，最终将会给人类健康带来极大的威胁，同时也会造成严重的资源浪费。电池中的Cu、Co、Ni、Mn、Li、Al均为可重复利用资源，因此，为了维护我们的青山绿水，防止资源浪费，对废旧锂离子电池回收再利用的研究具有重要的实际意义。目前，通用的废旧电池回收，基本上都是化学回收，即外壳、铜，铝集流体和正负极材料都先酸碱腐蚀，然后再化学萃取，对环境污染非常严重，而且浪费大量的化学试剂。另外，不同的正极材料，其化学萃取的工艺要求也不相同。因此预先分筛出铁基外壳和铜，铝集流体可以大量减少后面酸碱试剂的用量，预先分筛出不同类型的正极材料也会为化学萃取提供便利，实现高效萃取。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子电池材料回收分筛的方法，能高效回收锂电池中的金属元素，以适应工业大规模自动化回收锂离子电池。
为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种锂离子电池材料回收分筛的方法，包括如下步骤：
(1)，将废弃电池进行深度放电，避免电池在回收过程中自燃或爆炸；
(2)，初始破碎，采用锤式冲击或剪切式破碎方式进行破碎，使电池内部各组分间分离；
(3)，气流分选，选出轻质隔膜纸；
(4)，磁选，电选选出铁质外壳，剩余为电极片；
(5)，对电极片进行二次破碎；
(6)，将获得的电极片粉末在200℃-600℃下的真空焙烧炉中能行热处理去除粘接剂，或是使用NMP有机溶剂溶解粘接剂；
(7)，对除粘接剂后的电极片粉末进行细破；
(8)，根据集流体粉末与电极材料粉末的粒度差异对两者进行筛分，筛分出粗颗粒的集流体粉末以及细颗粒的电极材料粉末；
(9)，对筛分后的电极材料粉末进行球磨处理；
(10)，通过二次磁选去除磁性杂质，并筛选得到含钴或者含镍正极材料，剩余粉末为LiFePO4与碳粉末；
(11)，对剩余粉末材料采用浮选法，去除材料中的石墨，得到磷酸铁锂；
(12)，对磷酸铁锂进行浓缩干燥，得到最终回收产物；
(13)，对含钴或者含镍正极材料进行三次磁选，根据Ni、Co、Mn比重不同调整磁力筛分出Ni、Co、Mn三元材料；
(14)，根据Al粉与Cu粉的比重不同，将步骤(8)得到的集流体粉末进行比重分筛，分离得到Cu粉与Al粉。
进一步地，步骤(1)中，利用NaCl溶液对电池进行低压放电。
进一步地，步骤(10)中，利用低磁感应强度筛选出磁性杂质，利用高磁感应强度筛选出含钴或镍正极材料粉末，剩余粉末为LiFePO4与碳粉末。
进一步地，步骤(11)中，浮选工艺中的泡沫产品为石墨富集体，矿浆产品为LiFePO4材料富集体，将泡沫产品与矿浆产品进行过滤，分离得到石墨材料和磷酸铁锂。
进一步地，步骤(14)中，将集流体粉末输送至风选机内进行气流分选，所述风选机包含第一出口和第二出口，其中第一出口捕捉到Cu粉和少量的Al粉，第二出口捕捉到Al粉；然后将第一出口捕捉的Cu粉和少量的Al粉输送至比重分选机内进行细选，分选出Cu粉和Al粉。其中，第一出口位于第二出口下方，通过比重实现Cu、Al分离。
进一步地，当回收材料为电池极片尾料时，步骤(1)、步骤(3)、步骤(4)、步骤(9)、步骤(10)-(14)省略。
进一步地，在步骤(8)后可进行球磨后磁选浮选，也可进行浮选后进行球磨磁选。
与现有技术相比，本发明提供的锂离子电池材料回收分筛的方法，有益效果在于：
一、本发明提供的锂离子电池材料回收分筛的方法，即可以分离出磷酸铁锂和三元材料，也可以分离出不同牌号的三元材料。对于电芯厂的集流体尾料，本发明可以让正极活性物质从铝箔集流体剥落分离，让负极活性物质从铜箔集流体剥落分离，得到的正负极材料可以直接涂覆，重新组装电池使用，不需要后期的化学萃取，实现全物理流程回收，从而避免了大量的环境污染和化学试剂浪费，节约了成本。
二、本发明提供的锂离子电池材料回收分筛的方法，对于回收来的不同类型的废旧电池，该发明不仅可以高效分筛出铁基外壳、铝塑膜外壳、铜箔集流体和铝箔集流体，还可以分筛出磷酸铁锂和不同牌号的三元正极材料。这样的预先分筛为后面的化学回收节省了大量的化学试剂，只需要对不同正极材料进行酸碱腐蚀和萃取回收，因为不同正极材料已经分筛，对萃取工艺也降低了要求，可以实现高效的化学回收。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。
图1为本发明实施例1的回收分筛方法流程示意图；
图2为本发明实施例2的回收分筛方法流程示意图；
图3为本发明实施例3的回收分筛方法流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应该被视为在本文中具体公开。
实施例1
请参阅图1，为本发明实施例1的回收分筛方法流程示意图。本实施例为对电池极片尾料进行回收分筛。
一种锂离子电池材料回收分筛的方法，包括如下步骤：
步骤S1、对电池级片尾料进行初始破碎；
步骤S2、对电极片进行二次破碎；将获得的电极片粉末在200℃-600℃之间的温度下进行热处理，或使用NMP有机溶剂溶解粘接剂PVDF，以去除其粘性；对除粘接剂后的电极片粉末进行细破；然后根据集流体粉末与电极材料粉末的粒度差异对两者进行筛分；
步骤3、对电极材料粉末进行球磨处理，得到电池正极或负极材料粉末。
实施例2
请参阅图2，为本发明实施例2的回收分筛方法流程示意图。本实施例为对废旧锂离子电池材料进行回收分筛。
一种锂离子电池材料回收分筛的方法，包括如下步骤：
步骤S1、将废弃电池进行深度放电，避免电池在回收过程中自燃或爆炸；
步骤S2、初始破碎，使电池内部各组分间分离；
步骤S3、气流分选，选出轻质隔膜纸；磁选，电选选出铁质外壳，剩余为电极片；对电极片进行二次破碎；将获得的电极片粉末在200℃-600℃之间的温度下进行一定时间的热处理，或使用NMP有机溶剂溶解粘接剂PVDF，以去除粘接剂粘性；对除粘接剂后的电极片粉末进行细破；根据集流体粉末与电极材料粉末的粒度差异对两者进行筛分；
步骤S4、对电极材料粉末进行球磨处理；
步骤S5、通过二次磁选去除磁性杂质，得到含钴或者含镍正极材料；对磁选后的剩余材料(LiFePO4与碳粉末)采用浮选法，去除正负极材料中的石墨，得到磷酸铁锂；对磷酸铁锂进行浓缩干燥，得到最终回收产物；对含钴或者含镍正极材料进行三次磁选，根据Ni、Co、Mn比重不同调整磁力筛分出Ni、Co、Mn三元材料；
步骤S6、根据Al粉与Cu粉的比重不同，可将步骤S3得到的集流体粉末进行比重分筛，分离得到Cu粉与Al粉。
实施例3
请参阅图3，为本发明实施例3的回收分筛方法流程示意图。本实施例为对废旧锂离子电池材料进行回收分筛。
一种锂离子电池材料回收分筛的方法，包括如下步骤：
步骤S1、将废弃电池进行深度放电，避免电池在回收过程中自燃或爆炸；
步骤S2、初始破碎，使电池内部各组分间分离；
步骤S3、气流分选，选出轻质隔膜纸；磁选，电选选出铁质外壳，剩余为电极片；对电极片进行二次破碎；将获得的电极片粉末在200℃-600℃之间的温度下进行一定时间的热处理，或使用NMP有机溶剂溶解粘接剂PVDF，以去除粘接剂粘性；对除粘接剂后的电极片粉末进行细破；根据集流体粉末与电极材料粉末的粒度差异对两者进行筛分；
步骤S4、对电极材料进行浮选，去除碳，得到正极材料粉末；
步骤S5、将正极材料粉末浓缩干燥，并进行球磨；
步骤S6、通过二次磁选去除磁性杂质，分离含钴或者含镍正极材料与磷酸铁锂材料；
步骤S7、将含钴或者含镍正极材料进行三次磁选，根据Ni、Co、Mn比重不同调整磁力筛分出Ni、Co、Mn三元材料；
步骤S8、根据Al粉与Cu粉的比重不同，可将步骤S3得到的集流体粉末进行比重分筛，分离得到Cu粉与Al粉。
与现有技术相比，本发明提供的锂离子电池材料回收分筛的方法，有益效果在于：
一、本发明提供的锂离子电池材料回收分筛的方法，即可以分离出磷酸铁锂和三元材料，也可以分离出不同牌号的三元材料。对于电芯厂的集流体尾料，本发明可以让正极活性物质从铝箔集流体剥落分离，让负极活性物质从铜箔集流体剥落分离，得到的正负极材料可以直接涂覆，重新组装电池使用，不需要后期的化学萃取，实现全物理流程回收，从而避免了大量的环境污染和化学试剂浪费，节约了成本。
二、本发明提供的锂离子电池材料回收分筛的方法，对于回收来的不同类型的废旧电池，该发明不仅可以高效分筛出铁基外壳、铝塑膜外壳、铜箔集流体和铝箔集流体，还可以分筛出磷酸铁锂和不同牌号的三元正极材料。这样的预先分筛为后面的化学回收节省了大量的化学试剂，只需要对不同正极材料进行酸碱腐蚀和萃取回收，因为不同正极材料已经分筛，对萃取工艺也降低了要求，可以实现高效的化学回收。
以上对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种锂离子电池材料回收分筛的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1），将废弃电池进行深度放电，避免电池在回收过程中自燃或爆炸；
（2），初始破碎，采用锤式冲击或剪切式破碎方式进行破碎，使电池内部各组分间分离；
（3），气流分选，选出轻质隔膜纸；
（4），磁选，电选选出铁质外壳，剩余为电极片；
（5），对电极片进行二次破碎；
（6），将获得的电极片粉末在200℃-600℃下的真空焙烧炉中能行热处理去除粘接剂，或是使用NMP有机溶剂溶解粘接剂；
（7），对除粘接剂后的电极片粉末进行细破；
（8），根据集流体粉末与电极材料粉末的粒度差异对两者进行筛分，筛分出粗颗粒的集流体粉末以及细颗粒的电极材料粉末；
（9），对筛分后的电极材料粉末进行球磨处理；
（10），通过二次磁选去除磁性杂质，并筛选得到含钴或者含镍正极材料，剩余粉末为LiFePO4与碳粉末；
（11），对剩余粉末材料采用浮选法，去除材料中的石墨，得到磷酸铁锂；
（12），对磷酸铁锂进行浓缩干燥，得到最终回收产物；
（13），对含钴或者含镍正极材料进行三次磁选，根据Ni、Co、Mn比重不同调整磁力筛分出Ni、Co、Mn三元材料；
（14），根据Al粉与Cu粉的比重不同，将步骤（8）得到的集流体粉末进行比重分筛，分离得到Cu粉与Al粉。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池材料回收分筛的方法，其特征在于，步骤（1）中，利用NaCl溶液对电池进行低压放电。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池材料回收分筛的方法，其特征在于，步骤（10）中，利用低磁感应强度筛选出磁性杂质，利用高磁感应强度筛选出含钴或镍正极材料粉末，剩余粉末为LiFePO4与碳粉末。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池材料回收分筛的方法，其特征在于，步骤（11）中，浮选工艺中的泡沫产品为石墨富集体，矿浆产品为LiFePO4材料富集体，将泡沫产品与矿浆产品进行过滤，分离得到石墨材料和磷酸铁锂。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池材料回收分筛的方法，其特征在于，步骤（14）中，将集流体粉末输送至风选机内进行气流分选，所述风选机包含第一出口和第二出口，其中第一出口捕捉到Cu粉和少量的Al粉，第二出口捕捉到Al粉；然后将第一出口捕捉的Cu粉和少量的Al粉输送至比重分选机内进行细选，分选出Cu粉和Al粉。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池材料回收分筛的方法，其特征在于，在步骤（8）后，进行球磨后磁选浮选。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池材料回收分筛的方法，其特征在于，在步骤（8）后，进行浮选后再进行球磨磁选。
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