CN114614129B - 一种三元极粉的回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池回收技术领域，具体涉及一种三元极粉的回收方法，包括：步骤S1：自废弃的三元锂电池中获取极片，对所述极片进行分离，以获得集流体和极粉；步骤S2：对所述集流体进行破碎并筛分以获得集流体残片和所述极粉；步骤S3：收集所述极粉，并去除所述极粉中的杂质以获得所述三元极粉。本发明的有益效果在于：通过对极片进行分离从而将极粉从集流片中剥离，避免了现有技术中对正极材料进行直接破碎、筛分导致极粉未完全脱离集流片进而导致极粉回收率下降的问题，提高了极粉的回收率；并通过对极粉除杂提升了极粉的纯度，进而避免了现有技术中极粉中具有杂质、纯度低下的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电池回收技术领域，具体涉及一种三元极粉的回收方法。
背景技术
三元锂电池，也称三元聚合物锂电池，是指正极材料使用镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池。基于三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池具有更高的安全性，相对于磷酸铁锂电池具有更高的能量密度，因此三元锂电池成为了当下较为主流的动力电池。随着新能源汽车产业的发展，三元锂电池在新能源汽车领域也得到了广泛的应用，进而导致了每年存在有大量待拆解、回收的三元锂电池。
现有技术中，已存在有对三元锂电池，特别是电池中正极部分的三元材料进行回收的相关技术。比如，现有技术1(CN208208918U)公开了一种废旧锂电池的拆解回收系统，其通过依次进行的放电、湿式破碎筛分、压滤以获得正极材料。现有技术2(CN112054265A)公开了一种废旧三元锂离子电池正极材料回收再利用方法，其通过对三元电池的正极材料采用热解超声、破碎筛分的方法得到正极颗粒，并通过补锂、煅烧重新得到三元单晶正极材料。
但是，在实际实施过程中，发明人发现，现有技术中针对正极部分的拆解，通常是将极片进行直接破碎、筛分。该技术手段会导致正极材料中的集流片与极粉分离不彻底，进而使得极粉的回收率降低。同时，现有技术中缺少对分离得到的极粉进行除杂的方法，进而导致最终生成的三元极粉中混入较多杂质，纯度降低。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种三元极粉的回收方法。
具体技术方案如下：
一种三元极粉的回收方法，包括：
步骤S1：自废弃的三元锂电池中获取极片，对所述极片进行分离，以获得集流体和极粉；
步骤S2：对所述集流体进行破碎并筛分以获得集流体残片和所述极粉；
步骤S3：收集所述极粉，并去除所述极粉中的杂质以获得所述三元极粉。
优选地，所述步骤S1包括：
步骤S11：自所述三元锂电池中获取正极材料；
步骤S12：对所述正极材料进行热解以获得所述极片；
步骤S13：对所述极片进行超声波清洗，以获得所述集流体和粗极粉；
步骤S14：对所述粗极粉进行筛分以获得所述极粉。
优选地，所述步骤S12中，所述热解的温度在300℃～500℃之间。
优选地，所述步骤S14包括：
步骤S141：对所述粗极粉进行抽滤过滤；
步骤S142：对抽滤过滤后的所述粗极粉进行破碎；
步骤S143：对破碎后的所述粗极粉进行筛分以获得所述极粉。
优选地，所述步骤S2包括：
步骤S21：烘干所述集流体；
步骤S22：对所述集流体进行破碎；
步骤S23：对破碎后的所述集流体进行筛分，以获得所述集流体残片和所述极粉。
优选地，所述步骤S3包括：
步骤S31：获取所述极粉，对所述极粉进行碱洗，以去除所述杂质；
步骤S32：对碱洗后的所述极粉进行清洗、烘干以获得所述三元极粉。
优选地，所述步骤S32包括：
步骤S321：对所述极粉进行清洗；
步骤S322：对清洗后的所述极粉进行过滤；
步骤S323：烘干过滤后的所述极粉，以获得所述三元极粉。
优选地，所述步骤S31中，选用氢氧化钠溶液对所述极粉进行碱洗。
优选地，所述步骤S31包括：
于80℃水浴环境下向所述极粉中添加氢氧化钠溶液并搅拌，以去除所述杂质。
优选地，所述氢氧化钠溶液的浓度为3％，所述极粉与所述氢氧化钠溶液的固液质量比为5：1。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过对极片进行分离从而将极粉从集流片中剥离，避免了现有技术中对正极材料进行直接破碎、筛分导致极粉未完全脱离集流片进而导致极粉回收率下降的问题，提高了极粉的回收率；并通过对极粉除杂提升了极粉的纯度，进而避免了现有技术中极粉中具有杂质、纯度低下的问题。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明实施例的整体示意图；
图2为本发明实施例中步骤S1子步骤示意图；
图3为本发明实施例中步骤S14子步骤示意图；
图4为本发明实施例中步骤S2子步骤示意图；
图5为本发明实施例中步骤S3子步骤示意图；
图6为本发明实施例中步骤S32子步骤示意图。
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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明包括：
一种三元极粉的回收方法，如图1所示，包括：
步骤S1：自废弃的三元锂电池中获取极片，对极片进行分离，以获得集流体和极粉；
步骤S2：对集流体进行破碎并筛分以获得集流体残片和极粉；
步骤S3：收集极粉，并去除极粉中的杂质以获得三元极粉。
具体地，针对现有技术中，在回收三元极粉时通常将正极材料直接破碎，进而使得集流体和极粉不能彻底分离、极粉回收率低的问题，本实施例中通过在对集流片进行破碎之前，预先从极片上分离出部分极粉，再对集流片进行破碎、筛选以获取剩下的极粉，从而实现了对极粉较好的分离效果，提升了极粉的回收率。
进一步地，针对现有技术中提取到的极粉中混有杂质，导致极粉纯度降低的问题，本实施例中，通过收集极粉并对极粉进行去杂质以最终获得三元极粉，提高了极粉的纯度。
在实施过程中，极片指在三元锂电池中拆解出的正极电极，其包含有集流体及包裹于集流体上的粉料层。集流体和粉料层均为现有技术，比如铜、铝材质的集流体，以及基于现有技术将三元极粉包裹在集流体上形成的粉料层。极粉，指自粉料层剥离的粉材，其主要成分为三元极粉，并含有部分的AI、F等杂质元素。
在一种较优的实施例中，如图2所示，步骤S1包括：
步骤S11：自三元锂电池中获取正极材料；
步骤S12：对正极材料进行热解以获得极片；
步骤S13：对极片进行超声波清洗，以获得集流体和粗极粉；
步骤S14：对粗极粉进行筛分以获得极粉。
具体地，针对现有技术中回收的正极材料上含有杂质进而使得回收得到的极粉纯度降低的问题，本实施例中通过对正极材料进行热解，有效去除了正极材料上残余的有机物部分，进而使得在后续回收过程中获得的三元极粉的纯度升高。
进一步地，针对现有技术中对极片进行直接破碎、筛分会导致极粉无法自集流片完全分离，进而使得极粉的回收率较低的问题，本实施例中，通过对极片进行超声波清洗，通过超声波在液体中空化作用、加速作用及直进流作用，使得正极材料上由极粉组成的粉料层自集流片上剥离、分散，从而实现了对集流体和极粉的分离效果，进而提升了极粉回收率。
在实施过程中，正极材料指自三元锂电池中直接拆解得到的正极电极部分，其主体部分为极片，但极片表面会残留有部分来自于三元锂电池内部的粘合剂、电解液等。由于该部分残留物主要成分为有机物，正极材料可通过设置在马弗炉中进行高温热解或焙烧，使得正极材料上残余的有机物，包括粘结剂、电解液等发生热解反应，进而从正极材料上被去除。
作为可选的实施方式，在对待回收的三元锂电池进行拆解以获取正极材料之前，还包括一放电过程，用于释放三元锂电池中的剩余电量以提升回收过程的安全性。
放电过程包括：将三元锂电池浸没于盐水中。
在一种较优的实施例中，步骤S12中，热解的温度在300℃～500℃之间。
在一种较优的实施例中，如图3所示，步骤S14包括：
步骤S141：对粗极粉进行抽滤过滤；
步骤S142：对抽滤过滤后的粗极粉进行破碎；
步骤S143：对破碎后的粗极粉进行筛分以获得极粉。
具体地，为实现对三元极粉较好的回收效果，本实施例中后通过对超声波清洗以后的粗极粉进行抽滤过滤，去除了粗极粉中的水平，并进行破碎、筛分使得粗极粉的颗粒变小，进而满足对粒径的需求。
在实际实施过程中，筛分时可根据对三元极粉的需求调整筛分时的目数，进而使得极粉符合粒径需求。
在一种较优的实施例中，如图4所示，步骤S2包括：
步骤S21：烘干集流体；
步骤S22：对集流体进行破碎；
步骤S23：对破碎后的集流体进行筛分，以获得集流体残片和极粉。
具体地，为进一步提高回收过程中极粉的回收率，本实施例中通过对分离后的集流体进行破碎、筛分，将集流体上残余的极粉筛分出来，进而提高了极粉的回收率。
在一种较优的实施例中，如图5所示，步骤S3包括：
步骤S31：获取极粉，对极粉进行碱洗，以去除杂质；
步骤S32：对碱洗后的极粉进行清洗、烘干以获得三元极粉。
具体地，针对现有技术中回收得到的极粉中含有较多的F、AI等杂质元素的问题，本实施例中通过对筛分得到的极粉进行进一步清洗，从而去除极粉中的杂质，以获得高纯度的三元极粉。
在实施过程中，清洗过程包含依次进行的碱洗、清洗过程，其中，碱洗过程通过碱性溶液与极粉中的杂质元进行反应以去除如F、AI等杂质元素，进而提高极粉中三元材料的纯度。随后，通过清洗过程去除碱洗过程残余的碱性物质与反应物，进而获得高纯度的三元极粉。
在一种较优的实施例中，如图6所示，步骤S32包括：
步骤S321：对极粉进行清洗；
步骤S322：对清洗后的极粉进行过滤；
步骤S323：烘干过滤后的极粉，以获得三元极粉。
具体地，为实现最终获得的三元极粉较好的纯度，本实施例中通过对碱洗后的极粉采用水进行清洗、过滤并烘干，去除了极粉中因碱洗产生的残留反应物和水分，进而获得了纯度较高的三元极粉。
在一种较优的实施例中，步骤S31中，选用氢氧化钠溶液对极粉进行碱洗。
在一种较优的实施例中，步骤S31包括：
于80℃水浴环境下向极粉中添加氢氧化钠溶液并搅拌，以去除杂质。
在一种较优的实施例中，氢氧化钠溶液的浓度为3％，极粉与氢氧化钠溶液的固液质量比为5：1。
下面结合一具体实施例对本技术方案作进一步说明，
在一种实施例中，预先收集有废弃的三元锂电池。对该三元锂电池进行盐水放电，随后进行拆解以获得正极电极。取300g正极电极于马弗炉中进行热解，热解温度400℃、热解时长1小时以去除正极部分残余的有机物以获得极片。
将极片放入超声波清洗机，清洗10分钟以使得极片上的粉料层分解、剥离，进而获得集流体和粗极粉。由于通过超声剥离的粗极粉粒径较大，不符合回收三元极粉的需求，因此需要对粗极粉进行抽滤过滤去除水分，并采用破碎机进行破碎，再选用标准筛进行筛分以获得极粉。在该实施例中，标准筛为粒径>80目，破碎机工作时长为50秒。
在对粗极粉进行破碎、筛分的过程中，同时对集流体进行烘干以去除水分，烘干温度105℃，烘干时长6小时。随后进行破碎以获得集流体残片和极粉，并通过标准筛进行筛分提取极粉部分。在该实施例中，标准筛为粒径>80目，破碎机工作时长为50秒。
收集筛出的极粉，并在80℃水浴环境下，按照固液质量比1：5加入3％浓度的氢氧化钠溶液，反应4小时，并以300r/min的转速进行搅拌，从而去除F和AI等杂质。
将碱洗后的极粉以固液质量比1：5进行水洗，水洗次数为2次以去除残余的氢氧化钠溶液及其他可溶性杂质，随后进行过滤、烘干以获得最终的三元极粉。
根据表1可知，上述实施例通过对极片进行超声分解剥离部分极粉，并去除极粉中的杂质，提升了极粉的回收率和纯度，较现有技术中对极片进行直接破碎取得了更高的极粉的回收率和极粉纯度。
表1
本发明的有益效果在于：通过对极片进行分离从而将极粉从集流片中剥离，避免了现有技术中对正极材料进行直接破碎、筛分导致极粉未完全脱离集流片进而导致极粉回收率下降的问题，提高了极粉的回收率；并通过对极粉除杂提升了极粉的纯度，进而避免了现有技术中极粉中具有杂质、纯度低下的问题。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种三元极粉的回收方法，其特征在于，包括：
步骤S1：自废弃的三元锂电池中获取极片，对所述极片进行分离，以获得集流体和极粉；
步骤S2：对所述集流体进行破碎并筛分以获得集流体残片和所述集流体上残余的极粉；
步骤S3：收集所述极粉，并去除所述极粉中的杂质以获得所述三元极粉；
所述步骤S1包括：
步骤S11：自所述三元锂电池中获取正极材料；
步骤S12：对所述正极材料进行热解以获得所述极片；
步骤S13：对所述极片进行超声波清洗，以获得所述集流体和粗极粉；
步骤S14：对所述粗极粉进行筛分以获得所述极粉。
2.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S12中，所述热解的温度在300℃～500℃之间。
3.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S14包括：
步骤S141：对所述粗极粉进行抽滤过滤；
步骤S142：对抽滤过滤后的所述粗极粉进行破碎；
步骤S143：对破碎后的所述粗极粉进行筛分以获得所述极粉。
4.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S21：烘干所述集流体；
步骤S22：对所述集流体进行破碎；
步骤S23：对破碎后的所述集流体进行筛分，以获得所述集流体残片和所述极粉。
5.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
步骤S31：获取所述极粉，对所述极粉进行碱洗，以去除所述杂质；
步骤S32：对碱洗后的所述极粉进行清洗、烘干以获得所述三元极粉。
6.根据权利要求5所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S32包括：
步骤S321：对所述极粉进行清洗；
步骤S322：对清洗后的所述极粉进行过滤；
步骤S323：烘干过滤后的所述极粉，以获得所述三元极粉。
7.根据权利要求5所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S31中，选用氢氧化钠溶液对所述极粉进行碱洗。
8.根据权利要求5所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S31包括：
于80℃水浴环境下向所述极粉中添加氢氧化钠溶液并搅拌，以去除所述杂质。
9.根据权利要求8所述的回收方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的浓度为3％，所述极粉与所述氢氧化钠溶液的固液质量比为5：1。
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