CN116826226B - 一种锂离子电池回收处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池回收处理方法，属于电池回收利用技术领域。本发明将物理、化学回收相结合，从锂离子电池消电、初步拆解、多重破碎和多重筛分循序入手，最大限度地发挥了各工艺的优点，同时也尽可能地回收了工艺过程中的能量并重复利用；最后，将得到的物料进行适配的资源化利用，提高了回收的经济效益；这种联合回收工艺具有能量回收率高、电池物料回收充分的优点，其回收材料的纯净度可达到96.8％，且可分选98.8％以上的可回收资源，整个工艺流程具有经济、环保、简化后续各材料利用处理工艺等优点。
Description
技术领域
本发明属于电池回收利用技术领域，具体地，涉及一种锂离子电池回收处理方法。
背景技术
锂离子电池是一种可充电电池，不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素，由于其突出的性能环境优势，以及其高能量密度、占空间小、使用成本低等特点，已成为广泛使用的电池种类之一，且锂离子电池已成为便携能源应用的理想选择，在技术和市场份额方面经历了跨越式的发展。近年来，锂离子电池逐渐取代镍氢电池，用于为电动车辆供电，相关研究已经成熟，随着电动汽车市场的剧增，将会消耗大量的锂离子电池。
但同时，随着世界能源危机和环境污染的不断加剧，对于废弃电池的处理和资源化利用越来越成为一个亟待解决的问题。废弃锂离子电池中含有多种有害和有价值的物质，如重金属和锂等，如果不进行妥善处理和回收利用，则会对环境造成严重污染。目前，一些传统的废弃电池回收处理方式存在成本高、回收材料的纯净度和可回收资源的分选率低等问题，因此需要开发一种低成本、高效、可持续的锂离子电池回收方法，以解决锂子电池回收材料纯净度和可回收资源分选率低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池回收处理方法，本发明将物理、化学回收相结合，从锂离子电池消电、初步拆解、多重破碎和多重筛分循序入手，最大限度地发挥了各工艺的优点，同时也尽可能地回收了工艺过程中的能量并重复利用；最后，将得到的物料进行适配的资源化利用，提高了回收的经济效益；这种联合回收工艺具有能量回收率高、电池物料回收充分的优点，其回收材料的纯净度可达到96.8％，且可分选98.8％以上的可回收资源，整个工艺流程具有经济、环保、简化后续各材料利用处理工艺等优点，解决了锂离子电池回收处理方法现有技术中存在的回收材料纯净度和可回收资源分选率低的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种锂离子电池回收处理方法，所述回收处理方法包括如下步骤：
S1、将回收的锂离子电池进行消电、初步拆解、离心分离和粗筛，得到外壳、隔膜、中混料、待处理废电解液、正极材料和负极材料；
S2、将中混料进行过筛，得到筛分料和有机料，将待处理废电解液进行中间处理和调剂，得到新电解液产品液，打包出售；
S3、将筛分料、外壳、隔膜、正极材料和负极材料进行破碎、梯度筛分，最后将得到的物料进行资源化利用。
作为本发明的一种优选方案，步骤S1所述消电为将锂离子电池浸入氯化钠溶液中消电至电压小于2V；所述初步拆解为将消电后的锂离子电池进行机械或人工初步拆解处理，得到第一混合料、第一中间料和一次废电解液；所述离心分离为将第一混合料置于离心机中，调节离心机转速为2000-2400r/min进行离心分离，得到第二混合料、第二中间料和二次废电解液；将一次废电解液和二次废电解液混合，得到待处理废电解液；将第一中间料和第二中间料混合，得到中混料；所述粗筛为将第二混合料进行人工分拣，得到外壳、隔膜、正极材料和负极材料。
作为本发明的一种优选方案，所述氯化钠溶液的体积浓度为3-5％。
作为本发明的一种优选方案，步骤S1所述初步拆解、离心分离的处理环境为真空热解室，所述真空热解室的控温温度为580-600℃，所述真空热解室内设有真空热解装置和热耦合装置，所述热耦合装置和真空热解装置相连接；所述真空热解装置包括温控系统和冷凝系统；所述热耦合装置用于收集消电过程中散发的热量并将热量传至真空热解装置以供持续供热；
作为本发明的一种优选方案，所述初步拆解、离心分离期间各加入固氟剂进行反应，初步拆解步骤中得到的即为第一中间料和一次废电解液，离心分离步骤中得到的即为第二中间料和二次废电解液。
作为本发明的一种优选方案，所述固氟剂为氧化钙；所述固氟剂的添加量为体系总质量的28-31％，添加的时间为控时26-30min添加完毕；
经初步拆解后，原材料的集流体和活性成分仍然相连，直接处理容易引入杂质元素和黏结剂，影响后续回收效果，因此，将其置于加有固氟剂的真空热解室并控温进行破碎；体系中以固氟剂与锂离子电池体系中的氟化物反应，吸收真空热解过程中产生的含磷、氟气体，使磷、氟固定下来减轻热解过程对大气的污染，而剩余气体经冷凝系统收集其中热解产生的小分子有机物，得到有机物料，将收集得到的有机物料进行资源化利用，避免了这些有机物料难降解导致后续处理难度增加的问题，同时更有助于获得相对较纯的活性物质；以温控系统控制真空热解温度，使其中的有机物和黏结剂挥发或分解。
作为本发明的一种优选方案，步骤S2所述过筛为过120-140目筛；所述中间处理为将待处理废电解液依次进行过滤、脱色和脱水，得到中间电解液；所述调剂具体为根据所需锂离子电池电解液的成分配比调剂补充有机溶剂和电解质液，即得新电解液产品，打包出售；所述有机料进行资源化利用。
作为本发明的一种优选方案，步骤S3所述破碎为将筛分料、外壳、隔膜、正极材料和负极材料破碎5-10min，得到破碎后料；所述梯度筛分为依次进行电磁选、精筛、风选。
作为本发明的一种优选方案，所述电磁选、精筛、风选具体为：将破碎后料进行电磁选，得到金属和电磁选后料，将电磁选后料采用复合滚筒筛进行精筛，得到外层料、中层料和里料，将外层料重回破碎步骤，将中层料进行密度分选，得到分密料，将分密料进行提炼和再利用；将里料进行风选，得到风选重料和风选轻料，将风选重料、风选轻料经化学清洗和其他处理后再利用，以制备新的锂离子电池。
作为本发明的一种优选方案，所述复合滚筒筛为孔径为0.05-0.08mm与0.01-0.03mm的滚筒筛组装复合到一起的复合滚筒筛。
作为本发明的一种优选方案，所述破碎、梯度筛分均在新风负压环境下进行。
本发明的有益效果：
(1)本发明将物理、化学回收相结合，从锂离子电池消电、初步拆解、多重破碎和多重筛分循序入手，最大限度地发挥了各工艺的优点，同时也尽可能地回收了工艺过程中的能量并重复利用；最后，将得到的物料进行适配的资源化利用，提高了回收的经济效益；这种联合回收工艺具有能量回收率高、电池物料回收充分的优点，其回收材料的纯净度可达到96.8％，且可分选98.8％以上的可回收资源，整个工艺流程具有经济、环保、简化后续各材料利用处理工艺等优点。
(2)本发明将初步拆解和离心分离步骤置于真空热解室中启动进行，以真空热解室中的热耦合装置收集消电过程中散发的热量并将热量传至真空热解装置以持续供热，对体系中的热量进行了循环利用；同时，由于锂离子电池经初步拆解后，原材料的集流体和活性成分仍然相连，直接处理容易引入杂质元素和黏结剂，影响后续回收效果；因此，本发明将经初步拆解后的物料置于加有固氟剂的真空热解室并控温进行破碎，以高温加固氟剂使得体系中以固氟剂与锂离子电池中的氟化物反应，吸收真空热解过程中产生的含磷、氟气体，使磷、氟固定下来减轻热解过程对大气的污染；此外，再以温控系统控制真空热解温度，使工艺过程中的黏结剂挥发或分解；而过程中的气体经冷凝系统收集体系热解产生的小分子有机物，得到有机物料，将收集得到的有机物料进行资源化利用，避免了这些有机物料难降解导致后续处理难度增加的问题，同时更有助于获得相对较纯的活性物质。
(3)本发明采用了不同孔径的滚筒筛组装复合到一起形成复合滚筒筛，同时，将破碎、梯度筛分均设在新风负压环境下进行，缩短了整个回收处理工艺流程的处理时间，同时保证了作业人员的安全与健康。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明一种锂离子电池回收处理方法的处理流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种锂离子电池回收处理方法，所述回收处理方法包括如下步骤：
S1、将回收的锂离子电池浸入体积浓度为3％的氯化钠溶液中消电至电压小于2V，将消电后的锂离子电池置于真空热解室控温580℃进行机械初步拆解处理，期间控时30min缓慢加入锂离子电池总质量的30％的氧化钙进行反应，得到第一混合料、第一中间料和一次废电解液；将第一混合料置于离心机中，调节离心机转速为2200r/min进行离心分离，期间加入第一混合料总质量的29％的氧化钙进行反应，得到第二混合料、第二中间料和二次废电解液；将一次废电解液和二次废电解液混合，得到待处理废电解液；将第一中间料和第二中间料混合，得到中混料；将第二混合料进行人工分拣，得到外壳、隔膜、正极材料和负极材料；
所述真空热解室内设有真空热解装置和热耦合装置，所述热耦合装置和真空热解装置相连接；所述真空热解装置包括温控系统和冷凝系统；所述热耦合装置用于收集消电过程中散发的热量并将热量传至真空热解装置以供持续供热；
S2、将中混料进行过120目筛，得到筛分料和有机料，将待处理废电解液进行依次进行过滤、脱色和脱水处理，得到中间电解液，将并中间电解液根据所需锂离子电池电解液的成分配比调剂补充有机溶剂和电解质液，即得新电解液产品并打包出售；而有机料进行生产化肥、制造涂料等资源化利用；
S3、将筛分料、外壳、隔膜、正极材料和负极材料置于新风负压环境下破碎5min，得到破碎后料，将破碎后料进行电磁选，得到金属和电磁选后料，将电磁选后料采用孔径为0.07mm与0.03mm的滚筒筛组装复合到一起的复合滚筒筛进行精筛，得到外层料、中层料和里料，将外层料重回破碎步骤，将中层料进行密度分选，得到不同密度的分密料，将这些分密料进行提炼和再利用；将里料进行风选，得到风选重料和风选轻料，将风选重料、风选轻料经化学清洗和其他处理后再利用，以制备新的锂离子电池。
实施例2
与实施例1相比，实施例2的不同之处在于，步骤S1具体为：
S1、将回收的锂离子电池浸入体积浓度为5％的氯化钠溶液中消电至电压小于2V，将消电后的锂离子电池置于真空热解室控温600℃进行机械初步拆解处理，期间控时26min缓慢加入锂离子电池总质量的28％的氧化钙进行反应，得到第一混合料、第一中间料和一次废电解液；将第一混合料置于离心机中，调节离心机转速为2000r/min进行离心分离，期间加入第一混合料总质量的30％的氧化钙进行反应，得到第二混合料、第二中间料和二次废电解液；将一次废电解液和二次废电解液混合，得到待处理废电解液；将第一中间料和第二中间料混合，得到中混料；将第二混合料进行人工分拣，得到外壳、隔膜、正极材料和负极材料；
所述真空热解室内设有真空热解装置和热耦合装置，所述热耦合装置和真空热解装置相连接；所述真空热解装置包括温控系统和冷凝系统；所述热耦合装置用于收集制备消电过程中散发的热量并将热量传至真空热解装置以供持续供热；
步骤S2的所述过筛为过140目筛；步骤S3所述置于新风负压环境下破碎的时间为8min；所述复合滚筒筛为孔径为0.05mm与0.02mm的滚筒筛组装复合到一起的复合滚筒筛。
其余操作步骤和参数均不变。
实施例3
与实施例1相比，实施例3的不同之处在于，步骤S1具体为：
S1、将回收的锂离子电池浸入体积浓度为4％的氯化钠溶液中消电至电压小于2V，将消电后的锂离子电池置于真空热解室控温590℃进行人工初步拆解处理，期间控时28min缓慢加入锂离子电池总质量的31％的氧化钙进行反应，得到第一混合料、第一中间料和一次废电解液；将第一混合料置于离心机中，调节离心机转速为2400r/min进行离心分离，期间加入第一混合料总质量的31％的氧化钙进行反应，得到第二混合料、第二中间料和二次废电解液；将一次废电解液和二次废电解液混合，得到待处理废电解液；将第一中间料和第二中间料混合，得到中混料；将第二混合料进行人工分拣，得到外壳、隔膜、正极材料和负极材料；
所述真空热解室内设有真空热解装置和热耦合装置，所述热耦合装置和真空热解装置相连接；所述真空热解装置包括温控系统和冷凝系统；所述热耦合装置用于收集制备消电过程中散发的热量并将热量传至真空热解装置以供持续供热；
步骤S2的所述过筛为过130目筛；步骤S3所述置于新风负压环境下破碎的时间为10min；所述复合滚筒筛为孔径为0.08mm与0.01mm的滚筒筛组装复合到一起的复合滚筒筛。
其余操作步骤和参数均不变。
对比例1
与实施例1相比，对比例1的不同之处在于，在步骤S1中不启用真空热解室，其余操作步骤和参数均不变。
对比例2
与实施例1相比，对比例2的不同之处在于，在步骤S1中不添加氧化钙进行反应，其余操作步骤和参数均不变。
测试例
(1)对实施例1-3和对比例1-2回收材料的纯净度进行测试，其结果如表1所示。
(2)对实施例1-3和对比例1-2分选可回收资源的分选率进行测试，其结果如表1所示。
表1
由表1可以看出，采用本发明的回收处理方法，整个工艺回收材料的纯净度可达到96.8％，且可分选98.8％以上的可回收资源；整个工艺流程具有经济、环保、简化后续各材料利用处理工艺等优点。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种锂离子电池回收处理方法，其特征在于，所述回收处理方法包括如下步骤：
S1、将回收的锂离子电池进行消电、初步拆解、离心分离和粗筛，得到外壳、隔膜、中混料、待处理废电解液、正极材料和负极材料；
所述初步拆解、离心分离的处理环境为真空热解室，所述真空热解室的控温温度为580-600℃，所述真空热解室内设有真空热解装置和热耦合装置，所述热耦合装置和真空热解装置相连接；所述真空热解装置包括温控系统和冷凝系统；所述热耦合装置用于收集消电过程中散发的热量并将热量传至真空热解装置以供持续供热；
所述初步拆解、离心分离期间各加入固氟剂进行反应；
所述固氟剂为氧化钙；所述固氟剂的添加量为体系总质量的28-31％，添加的时间为控时26-30min添加完毕；
S2、将中混料进行过筛，得到筛分料和有机料，将待处理废电解液进行中间处理和调剂，得到新电解液产品液，打包出售；
S3、将筛分料、外壳、隔膜、正极材料和负极材料进行破碎、梯度筛分，最后将得到的物料进行资源化利用。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池回收处理方法，其特征在于，步骤S1所述消电为将锂离子电池浸入氯化钠溶液中消电至电压小于2V；所述初步拆解为将消电后的锂离子电池进行机械或人工初步拆解处理，得到第一混合料、第一中间料和一次废电解液；所述离心分离为将第一混合料置于离心机中，调节离心机转速为2000-2400r/min进行离心分离，得到第二混合料、第二中间料和二次废电解液；将一次废电解液和二次废电解液混合，得到待处理废电解液；将第一中间料和第二中间料混合，得到中混料；所述粗筛为将第二混合料进行人工分拣，得到外壳、隔膜、正极材料和负极材料。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池回收处理方法，其特征在于，所述初步拆解步骤中得到的即为第一中间料和一次废电解液，离心分离步骤中得到的即为第二中间料和二次废电解液。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池回收处理方法，其特征在于，步骤S2所述过筛为过120-140目筛；所述中间处理为将待处理废电解液依次进行过滤、脱色和脱水，得到中间电解液；所述调剂具体为根据所需锂离子电池电解液的成分配比调剂补充有机溶剂和电解质液，即得新电解液产品，打包出售；所述有机料进行资源化利用。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池回收处理方法，其特征在于，步骤S3所述破碎为将筛分料、外壳、隔膜、正极材料和负极材料破碎5-10min，得到破碎后料；所述梯度筛分为依次进行电磁选、精筛、风选。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池回收处理方法，其特征在于，所述电磁选、精筛、风选具体为：将破碎后料进行电磁选，得到金属和电磁选后料，将电磁选后料采用复合滚筒筛进行精筛，得到外层料、中层料和里料，将外层料重回破碎步骤，将中层料进行密度分选，得到分密料，将分密料进行提炼和再利用；将里料进行风选，得到风选重料和风选轻料，将风选重料、风选轻料经化学清洗和其他处理后再利用，以制备新的锂离子电池。
7.根据权利要求6所述的一种锂离子电池回收处理方法，其特征在于，所述复合滚筒筛为孔径为0.05-0.08mm与0.01-0.03mm的滚筒筛组装复合到一起的复合滚筒筛。
8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池回收处理方法，其特征在于，所述破碎、梯度筛分均在新风负压环境下进行。
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