CN114421043A - 一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池回收技术领域，尤其为一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法，其方法包括如下步骤：将回收后的锂电池整理，并使用钻孔机以及1000‑3000r/min的转速对锂电池的表面进行钻孔，设置一盛有0.9％‑9％K2SO4电解质溶液的水池中，钻孔后的锂电池投入水池内进行放电处理3‑6h；本发明方法采用电解质溶液对锂电池进行放电，并在放电结束后对锂电池进行电量检测，大幅度减少锂电池内部的残余电量，杜绝焙烧时短路和爆裂的风险，减少安全隐患，而且采用非含氟溶液来去除电池组的导电剂和粘结剂，有效避免对大气的污染，同时采用风选和磁选两种方式来对电池碎料进行分选，并使活性物质与金属物质分离更加彻底，提高金属物质的回收率。
Description
技术领域
本发明涉及电池回收技术领域，具体为一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法。
背景技术
锂电池是一类由锂金属或锂合金为正负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、清洁无污染等特点，广泛用于交通、电力、移动通信、新能源储能、航天军工等重要领域。随着新能源汽车的普及和推广，锂电池在新能源汽车储能领域更是大放异彩，但是随之而来的是大量报废的锂电池，这些报废电池不仅影响环境污染，更为生活带来了诸多不便，同时废旧动力锂电池中含有大量的铜、铝、石墨等资源，不进行有效回收，也会造成资源浪费，因此对锂电池进行回收，可带来显著的经济效益，实现环境保护和经济发展的双赢，使锂离子电池产业得到良性的可持续发展。
在已有技术中，特别是采用将废电池焙烧再进行处理的工艺方法中，用含氟有机酸分离废旧锂离子电池中活性物质与金属，存在活性物质与金属物质分离不彻底的问题，而且将浸泡含氟有机酸后的物质置于高温炉中焙烧，来除去其中的导电剂和粘结剂，得到脱铝失效正极活性物质，高温焙烧产生大量的含氟废气，污染大气造成环境污染，同时如果不对锂电池进行放电处理，电池内仍然有大量的残余电量，过多的电量在焙烧时会发生短路和爆裂产生危险，存有安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法，其采用电解质溶液对锂电池进行放电，而且采用非含氟溶液来去除电池组的导电剂和粘结剂，有效避免对大气的污染，同时采用风选和磁选两种方式来对电池碎料进行分选。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法，其方法包括如下步骤：
S1：将回收后的锂电池整理，并使用钻孔机以及1000-3000r/min的转速对锂电池的表面进行钻孔，设置一盛有0.9％-9％K2SO4电解质溶液的水池中，钻孔后的锂电池投入水池内进行放电处理3-6h；
S2：放电结束后捞出锂电池进行干燥，使用电量计来测量锂电池的剩余电量，电量≥0.1％的锂电池重新投入水池进行放电处理，直至电量下降至安全电量或零；
S3：将放电完全的锂电池投入到破碎设施中，并在密闭状态下进行拆解、破碎，得到电池碎料，并使用主萃取剂为10-15％碳酸二乙酯溶液，辅助萃取剂为8-16％N-甲基吡喏烷酮溶液对电池碎料进行萃取，将粘结剂、导电剂与电池碎料彻底分离，之后对电池碎料进行焙烧处理；
S4：使用磁选机在1000-15000Gs的磁场强度下对焙烧后的碎料进行磁选，得到碎料中的磁性金属物，之后将磁选后的电池碎料投入分选机中进行风选，得到电极碎料、隔膜混合物以及其他非磁性金属混合物，风选机的风量控制在0.8-1m3/min；
S5：对磁性金属物进行粒度分级，分别得到铁、镍和钴，对非磁性金属混合物进行粒度分级得到铝和铜。
优选的，所述步骤(S1)中，在锂电池表面不同的位置进行钻孔，钻出的孔径为2-10mm，钻孔的数量为6-10个。
优选的，所述步骤(S1)中，对锂电池整理包括有锂电池表面的清洁、尺寸的归类以及用途的分类。
优选的，所述步骤(S2)中，干燥的方式为风干，风量控制在0.5-0.7m3/min，风的温度为50-70℃。
优选的，所述步骤(S3)中，在对锂电池进行破碎的过程中，向破碎设施中投放惰性气体，惰性气体为氮气、氩气、二氧化碳中的任意一种，气体的通入量为100-250ml/min。
优选的，所述步骤(S3)中，萃取的温度为15-30℃，萃取的时长为8-140min，焙烧的温度为400-1400℃，焙烧的时长为1.5-10h。
优选的，所述步骤(S4)中，在进行磁选前对电池碎料进行风冷处理，冷却降温的速率为5-10℃/min。
优选的，所述步骤(S4)中，得到电极碎料进行研磨后筛选，并再次研磨后得到石墨粉。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明方法采用电解质溶液对锂电池进行放电，并在放电结束后对锂电池进行电量检测，大幅度减少锂电池内部的残余电量，杜绝焙烧时短路和爆裂的风险，减少安全隐患，而且采用非含氟溶液来去除电池组的导电剂和粘结剂，有效避免对大气的污染，同时采用风选和磁选两种方式来对电池碎料进行分选，并使活性物质与金属物质分离更加彻底，提高金属物质的回收率。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图；
图2为锂电池放电后的电量与电解质浓度的折线统计图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法，其方法包括如下步骤：
S1：将回收后的锂电池整理，并使用钻孔机以及1000r/min的转速对锂电池的表面进行钻孔，设置一盛有1％K2SO4电解质溶液的水池中，钻孔后的锂电池投入水池内进行放电处理3h，其中在锂电池表面不同的位置进行钻孔，钻出的孔径为3mm，钻孔的数量为8个，钻出的多孔洞使得锂电池内部物质与电解质溶液充分接触；
S2：放电结束后捞出锂电池进行干燥，使用电量计来测量锂电池的剩余电量，电量≥0.1％的锂电池重新投入水池进行放电处理，直至电量下降至安全电量或零，其中干燥的方式为风干，风量控制在0.5m3/min，风的温度为50℃，对锂电池进行干燥，避免潮湿的锂电池影响测量结果；
S3：将放电完全的锂电池投入到破碎设施中，并在密闭状态下进行拆解、破碎，得到电池碎料，并使用主萃取剂为10％碳酸二乙酯溶液，辅助萃取剂为8％N-甲基吡喏烷酮溶液对电池碎料进行萃取，将粘结剂、导电剂与电池碎料彻底分离，之后对电池碎料进行焙烧处理，在对锂电池进行破碎的过程中，向破碎设施中投放惰性气体，惰性气体为氮气，气体的通入量为100ml/min，萃取的温度为15℃，萃取的时长为20min，焙烧的温度为600℃，焙烧的时长为1.5h；
S4：使用磁选机在3000Gs的磁场强度下对焙烧后的碎料进行磁选，得到碎料中的磁性金属物，之后将磁选后的电池碎料投入分选机中进行风选，得到电极碎料、隔膜混合物以及其他非磁性金属混合物，风选机的风量控制在0.8m3/min，在进行磁选前对电池碎料进行风冷处理，冷却降温的速率为5℃/min，避免残余的高温影响磁选；
S5：对磁性金属物进行粒度分级，分别得到铁、镍和钴，对非磁性金属混合物进行粒度分级得到铝和铜。
实施例二：
一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法，其方法包括如下步骤：
S1：将回收后的锂电池整理，并使用钻孔机以及1500r/min的转速对锂电池的表面进行钻孔，设置一盛有6％K2SO4电解质溶液的水池中，钻孔后的锂电池投入水池内进行放电处理4h，其中在锂电池表面不同的位置进行钻孔，钻出的孔径为4mm，钻孔的数量为9个，钻出的多孔洞使得锂电池内部物质与电解质溶液充分接触，而对锂电池整理包括有锂电池表面的清洁、尺寸的归类以及用途的分类；
S2：放电结束后捞出锂电池进行干燥，使用电量计来测量锂电池的剩余电量，电量≥0.1％的锂电池重新投入水池进行放电处理，直至电量下降至安全电量或零，其中干燥的方式为风干，风量控制在0.6m3/min，风的温度为60℃，对锂电池进行干燥，避免潮湿的锂电池影响测量结果；
S3：将放电完全的锂电池投入到破碎设施中，并在密闭状态下进行拆解、破碎，得到电池碎料，并使用主萃取剂为13％碳酸二乙酯溶液，辅助萃取剂为12％N-甲基吡喏烷酮溶液对电池碎料进行萃取，将粘结剂、导电剂与电池碎料彻底分离，之后对电池碎料进行焙烧处理，在对锂电池进行破碎的过程中，向破碎设施中投放惰性气体，惰性气体为氩气，气体的通入量为150ml/min，萃取的温度为20℃，萃取的时长为80min，焙烧的温度为600℃，焙烧的时长为3h；
S4：使用磁选机在8000Gs的磁场强度下对焙烧后的碎料进行磁选，得到碎料中的磁性金属物，之后将磁选后的电池碎料投入分选机中进行风选，得到电极碎料、隔膜混合物以及其他非磁性金属混合物，风选机的风量控制在0.9m3/min，在进行磁选前对电池碎料进行风冷处理，冷却降温的速率为7℃/min，避免残余的高温影响磁选；
S5：对磁性金属物进行粒度分级，分别得到铁、镍和钴，对非磁性金属混合物进行粒度分级得到铝和铜。
实施例三：
一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法，其方法包括如下步骤：
S1：将回收后的锂电池整理，并使用钻孔机以及3000r/min的转速对锂电池的表面进行钻孔，设置一盛有9％K2SO4电解质溶液的水池中，钻孔后的锂电池投入水池内进行放电处理6h，其中在锂电池表面不同的位置进行钻孔，钻出的孔径为10mm，钻孔的数量为10个，钻出的多孔洞使得锂电池内部物质与电解质溶液充分接触，而对锂电池整理包括有锂电池表面的清洁、尺寸的归类以及用途的分类；
S2：放电结束后捞出锂电池进行干燥，使用电量计来测量锂电池的剩余电量，电量≥0.1％的锂电池重新投入水池进行放电处理，直至电量下降至安全电量或零，其中干燥的方式为风干，风量控制在0.7m3/min，风的温度为70℃，对锂电池进行干燥，避免潮湿的锂电池影响测量结果；
S3：将放电完全的锂电池投入到破碎设施中，并在密闭状态下进行拆解、破碎，得到电池碎料，并使用主萃取剂为15％碳酸二乙酯溶液，辅助萃取剂为14％N-甲基吡喏烷酮溶液对电池碎料进行萃取，将粘结剂、导电剂与电池碎料彻底分离，之后对电池碎料进行焙烧处理，在对锂电池进行破碎的过程中，向破碎设施中投放惰性气体，惰性气体为二氧化碳，气体的通入量为250ml/min，萃取的温度为30℃，萃取的时长为140min，焙烧的温度为1400℃，焙烧的时长为10h；
S4：使用磁选机在15000Gs的磁场强度下对焙烧后的碎料进行磁选，得到碎料中的磁性金属物，之后将磁选后的电池碎料投入分选机中进行风选，得到电极碎料、隔膜混合物以及其他非磁性金属混合物，风选机的风量控制在1m3/min，在进行磁选前对电池碎料进行风冷处理，冷却降温的速率为10℃/min，避免残余的高温影响磁选，同时得到电极碎料进行研磨后筛选，并再次研磨后得到石墨粉；
S5：对磁性金属物进行粒度分级，分别得到铁、镍和钴，对非磁性金属混合物进行粒度分级得到铝和铜。
将实施例1-3的中的回收的金属物质进行测量，并计算回收率，得到以下表格：
由以上表格可得，本废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法通过采用电解质溶液对锂电池进行放电，采用非含氟溶液来去除电池组的导电剂和粘结剂，同时采用风选和磁选两种方式来对电池碎料进行分选，使得铁的回收率在94％以上，镍的回收率在97％以上，钴的回收率在94％以上，铝的回收率在92％以上，铜的回收率在95％以上，石墨的回收率在96％以上，从而使活性物质与金属物质分离更加彻底，提高金属物质的回收率，图2中，电解质溶液的浓度越高，锂电池放电后残余的电量越少。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法，其特征在于：其方法包括如下步骤：
S1：将回收后的锂电池整理，并使用钻孔机以及1000-3000r/min的转速对锂电池的表面进行钻孔，设置一盛有0.9％-9％K2SO4电解质溶液的水池中，钻孔后的锂电池投入水池内进行放电处理3-6h；
S2：放电结束后捞出锂电池进行干燥，使用电量计来测量锂电池的剩余电量，电量≥0.1％的锂电池重新投入水池进行放电处理，直至电量下降至安全电量或零；
S3：将放电完全的锂电池投入到破碎设施中，并在密闭状态下进行拆解、破碎，得到电池碎料，并使用主萃取剂为10-15％碳酸二乙酯溶液，辅助萃取剂为8-16％N-甲基吡喏烷酮溶液对电池碎料进行萃取，将粘结剂、导电剂与电池碎料彻底分离，之后对电池碎料进行焙烧处理；
S4：使用磁选机在1000-15000Gs的磁场强度下对焙烧后的碎料进行磁选，得到碎料中的磁性金属物，之后将磁选后的电池碎料投入分选机中进行风选，得到电极碎料、隔膜混合物以及其他非磁性金属混合物，风选机的风量控制在0.8-1m3/min；
S5：对磁性金属物进行粒度分级，分别得到铁、镍和钴，对非磁性金属混合物进行粒度分级得到铝和铜。
2.根据权利要求1所述的一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法，其特征在于：所述步骤(S1)中，在锂电池表面不同的位置进行钻孔，钻出的孔径为2-10mm，钻孔的数量为6-10个。
3.根据权利要求1所述的一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法，其特征在于：所述步骤(S1)中，对锂电池整理包括有锂电池表面的清洁、尺寸的归类以及用途的分类。
4.根据权利要求1所述的一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法，其特征在于：所述步骤(S2)中，干燥的方式为风干，风量控制在0.5-0.7m3/min，风的温度为50-70℃。
5.根据权利要求1所述的一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法，其特征在于：所述步骤(S3)中，在对锂电池进行破碎的过程中，向破碎设施中投放惰性气体，惰性气体为氮气、氩气、二氧化碳中的任意一种，气体的通入量为100-250ml/min。
6.根据权利要求1所述的一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法，其特征在于：所述步骤(S3)中，萃取的温度为15-30℃，萃取的时长为8-140min，焙烧的温度为400-1400℃，焙烧的时长为1.5-10h。
7.根据权利要求1所述的一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法，其特征在于：所述步骤(S4)中，在进行磁选前对电池碎料进行风冷处理，冷却降温的速率为5-10℃/min。
8.根据权利要求1所述的一种废旧动力锂电池有价成分分选回收的方法，其特征在于：所述步骤(S4)中，得到电极碎料进行研磨后筛选，并再次研磨后得到石墨粉。
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