DE112021005045T5

DE112021005045T5 - Verfahren zur sicheren pyrolyse und entfernung von verunreinigungen aus lithium-altbatterien und dessen anwendung

Info

Publication number: DE112021005045T5
Application number: DE112021005045.1T
Authority: DE
Inventors: Haijun YU; Yinghao Xie; Xuemei Zhang; Changdong LI; Yingsheng Zhong
Original assignee: Hunan Brunp Recycling Technology Co Ltd; Guangdong Brunp Recycling Technology Co Ltd; Hunan Brunp Vehicles Recycling Co Ltd
Current assignee: Hunan Brunp Recycling Technology Co Ltd; Guangdong Brunp Recycling Technology Co Ltd; Hunan Brunp Vehicles Recycling Co Ltd
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2023-09-14
Also published as: WO2023273262A1; MA60468A1; GB2619190A; GB202313049D0; HUP2200226A2; CN113540603A; US20240030509A1; CN113540603B

Abstract

Offenbart werden ein Verfahren zur sicheren Pyrolyse und Entfernung von Verunreinigungen aus einer Lithium-Altbatterie und eine Anwendung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Durchführen eines primären Erhitzens und Abschreckens von Elektroden-Fragmenten der Lithium-Altbatterie und anschließendes Sieben, um Fragmente eines Stromkollektors und eines Elektrodenmaterials zu erhalten; Mischen und Mahlen des Elektrodenmaterials und eines Mahlhilfsmittels, Zugeben der Mischung in Alkalilauge zum Einweichen, Filtern und Entnehmen von Filterrückständen, um Elektrodenpulver zu erhalten; und Durchführen eines sekundären Erhitzens des Elektrodenpulvers, um ein positives Elektrodenmaterial zu erhalten. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Bindungsleistung eines Bindemittels durch primäres Erhitzen der Elektrodenfragmente der Lithium-Altbatterie verringert, und währenddessen wird die Oberflächentemperatur der Elektrodenfragmente der Lithium-Altbatterie schnell verringert; da die Kerben der Fragmente des Stromkollektors (Aluminiumfolie und Kupferfolie) dünner sind, wird die Temperatur an den Kerben schneller gesenkt, die Kontraktilität wird zuerst erzeugt, und die Kerben der Fragmente des Stromkollektors rollen sich schnell ein; daher sind die Öffnungen der Fragmente des Stromkollektors und des Elektrodenmaterials der Lithium-Altbatterie größer, und das Elektrodenmaterial der Lithium-Altbatterie kann nach dem Sieben leichter abfallen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das technische Gebiet des Recyclings eines Elektrodenmaterials durch einen Hochtemperaturprozess, und insbesondere auf ein Verfahren und eine Anwendung (Verwendung) zur sicheren Entfernung von Verunreinigungen aus einer Lithium-Altbatterie durch Pyrolyse.
HINTERGRUND
Derzeit werden Elektrodenmaterialien in der Regel durch ein Nassverfahren und ein Hochtemperaturverfahren recycelt. Beim Hochtemperaturverfahren wird die Metallhülle einer alten Lithiumbatterie durch mechanische Zerkleinerung in kleine Partikel zerlegt, und das Elektrodenmaterial wird durch Sieben von den Elektroden-Fragmenten getrennt. In der Zwischenzeit werden organische Bindemittel (wie Polyvinylidenfluorid und Polytetrafluorethylen), leitfähige Stoffe und organische Lösungsmittel des Elektrodenmaterials pyrolysiert. Nach dem Erhitzen bei hoher Temperatur sind viele Verunreinigungen im Elektrodenmaterial vorhanden, die nicht effektiv pyrolysiert werden können: Das organische Bindemittel (z. B. Polyvinylidenfluorid und Polytetrafluorethylen), Polyolefine (z. B. Polypropylen und Polyethylen) in einem Separator, leitfähige Mittel, Kohlensäureester (z. B. Ethylencarbonat und Methylethylcarbonat) in einem Elektrolyten, Kunststoffschalenreste der Lithium-Altbatterie und ähnliches sind nach der Pyrolyse bei hoher Temperatur aufgrund ungleichmäßiger Erwärmung immer noch in den Partikeln des Elektrodenmaterials vorhanden. Gleichzeitig kann die mechanische Zerkleinerung und Siebung einen kleinen Teil des restlichen Aluminium- und Kupferpulvers in den Elektrodenmaterialpartikeln nicht entfernen. Bei einer hohen Temperatur (über 1200 °C) können ein positives Elektrodenmaterial und das Kupferpulver im Elektrodenmaterial mit dem Aluminiumpulver reagieren, und die Reaktion verläuft wie folgt:

Erste Stufe: LiNi_e Co_f Mn_g O₂ →LiO + eNiO + f CoO + g MnO, e+f+g=1; (Hauptreaktion) 2Cu + O₂ → 2CuO.
Zweite Stufe: eNiO + fCoO + gMnO+2/3(e+f+g)Al → 1/3(e+f+g)Al₂O₃ + eNi + fCo + gMn; (Hauptreaktion) 3CuO + 2Al → 3Cu+Al₂O₃.

Die Reaktionsgeschwindigkeit in der zweiten Stufe ist extrem schnell, und es wird in kurzer Zeit eine große Wärmemenge freigesetzt, so dass die Temperatur im Reaktionsbereich mehr als 2800 °C erreicht, wodurch nicht nur das Elektrodenmaterial in der Nähe des Reaktionsbereichs schmelzen kann, sondern auch die Hochtemperaturschmelze verspritzt wird und weiter durch ein feuerfestes Material einer Innenwand eines Heizofens und die Innenwand des Heizofens schmilzt, was sehr gefährlich ist.
Es gibt mehr Verunreinigungen im Elektrodenmaterial, die nicht nur die Reinheit des Elektrodenmaterials der Lithium-Altbatterie beeinträchtigen, sondern auch die Komplexität der anschließenden Behandlung des Elektrodenmaterials erhöhen, die Geräte beschädigen und die Unsicherheitsfaktoren in der Umgebung der Elektrodenmaterialbehandlung erhöhen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, mindestens eines der oben genannten technischen Probleme des Standes der Technik zu lösen. Zu diesem Zweck stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren und eine Verwendung zur sicheren Entfernung von Verunreinigungen aus einer Lithium-Altbatterie durch Pyrolyse bereit. Das Verfahren beseitigt restliche organische Bindemittel, leitfähige Mittel, organische Lösungsmittel, Aluminium und andere Verunreinigungen im Elektrodenmaterial der Lithium-Altbatterie und verbessert die Reinheit des Elektrodenmaterials und die Sicherheit während der Pyrolyse.
Um die oben genannten Ziele zu erreichen, werden in der vorliegenden Offenlegung die folgenden technischen Lösungen angewandt.
Ein Verfahren zur sicheren Entfernung von Verunreinigungen aus einer Lithium-Altbatterie durch Pyrolyse umfasst die folgenden Schritte:

(1) primäres Erhitzen von Elektroden-Fragmenten aus einer Lithium-Altbatterie, Abschrecken und anschließendes Schichtsieben, um ein Stromkollektor-Fragment und ein Elektrodenmaterial zu erhalten;
(2) Mischen und Mahlen des Elektrodenmaterials und eines Mahlhilfsmittels, Einweichen der Mischung in einer Alkalilauge, Filtrieren und Entfernen von Filterrückständen, um Elektrodenpulver zu erhalten; und
(3) sekundäres Erhitzen des Elektrodenpulvers, um ein positives Elektrodenmaterial zu erhalten.

Vorzugsweise wird im Schritt (1) das Elektroden-Fragment der Lithium-Altbatterie durch Entladen und Zerkleinern der Lithium-Altbatterie gewonnen.
Durch die Zerkleinerung wird vor allem die Entstehung von feinen Aluminium- und Kupferpartikeln reduziert, Verunreinigungen im Batteriematerial werden verringert und das Recycling des Stromkollektor-Fragments wird erleichtert.
Vorzugsweise besteht das Abschrecken im Schritt (1) darin, ein Gefrierspray aufzusprühen, um das Elektrodenfragment der Lithium-Altbatterie innerhalb von 90 Sekunden auf eine Temperatur von weniger als 50°C abzukühlen; und das Gefrierspray ist kalte Luft mit einer Temperatur von weniger als 15°C.
Vorzugsweise wird im Schritt (1) das primäre Erhitzen bei einer Temperatur von 420°C bis 600°C durchgeführt und dauert 45 Minuten bis 90 Minuten.
Vorzugsweise wird im Schritt (1) das primäre Erhitzen in einer Luft- oder Sauerstoffatmosphäre durchgeführt.
Beim Erhitzen der Elektrodenabfall-Fragmente nimmt die Adhäsionseigenschaft der Bindemittel (Polyvinylidenfluorid und Polytetrafluorethylen) ab und die Elektrodenmaterialien werden brüchig; in der Zwischenzeit sinkt die Oberflächentemperatur des Elektrodenabfall-Fragments schnell, eine Kerbe des Stromkollektors (Aluminiumfolie und Kupferfolie) auf der Abfallelektrode wird dünner, die Temperatur des Kerbenbereichs sinkt schneller, eine Schrumpfkraft wird zuerst erzeugt, und dann rollt sich die Kerbe des Stromkollektorfragments schnell ein, und die Kerbe zwischen dem Stromkollektorfragment und dem Elektrodenmaterial der Lithium-Altbatterie ist größer. Nach dem Sieben fällt das Elektrodenmaterial der Lithium-Altbatterie mit größerer Wahrscheinlichkeit ab.
Vorzugsweise wird im Schritt (1) ein Ultraschallschwingsieb für die Schichtsiebung verwendet, und die Maschenzahl eines Hauptnetzes (Mutternetz) des Ultraschallschwingsiebs beträgt 16 Maschen oder 20 Maschen, die Maschenzahl eines Übergangsnetzes des Ultraschallschwingsiebs umfasst 100 Maschen oder 140 Maschen oder 200 Maschen, und die Maschenzahl eines Sub-Netzes (Tochternetz) des Ultraschallschwingsiebs umfasst 500 Maschen oder 540 Maschen oder 600 Maschen.
Durch den Einsatz des Ultraschallschwingsiebs für die Schichtsiebung wird die Siebfunktion mit hoher Präzision und hoher Maschenweite genutzt, und gleichzeitig kann ein enger Partikelgrößenbereich des Elektrodenmaterials der Lithium-Altbatterie gesteuert werden, was zur Verbesserung der Siebgenauigkeit und der Abgabeeffizienz um 20 bis 50 % beiträgt. Wenn drei Schichten von Siebnetzen zusammen verwendet werden, kann ein Ultraschall-Vibrationssieb mit einer Vielzahl von elektrischen/akustischen Energiewandlern zur gleichen Zeit verbunden werden und mit unterschiedlichen Leistungen und Vibrationsfrequenzen sieben. Das Elektrodenmaterial der Lithium-Altbatterie hat die Eigenschaften einer gewissen Adsorption und hoher statischer Elektrizität während des Siebens. Diese nachteiligen Eigenschaften können durch den Einsatz des Ultraschall-Schwingsiebs beseitigt werden, so dass das Elektrodenmaterial und der Kollektor durch einfaches Sieben effizient getrennt werden können.
Die Siebung und Sortierung durch die drei Netzschichten, bestehend aus dem Hauptnetz, dem Übergangsnetz und dem Subnetz, kann verschiedene Arten von Material gut sieben und verschiedene Materialien gezielt recyceln. Das Hauptnetz fängt hauptsächlich die Fragmente des Stromkollektors ab, das Übergangsnetz fängt die Fragmente des Elektrodenmaterials ab, die mehr Verunreinigungen enthalten, das Subnetz fängt einige grobkörnige Elektrodenmaterialien ab, die mehr Verunreinigungen enthalten, und feinkörnige Elektrodenmaterialien passieren das Subnetz. Die Elektrodenmaterialien mit unterschiedlichen Größen und Formen, die durch das Hauptnetz, das Übergangsnetz und das Subnetz abgefangen werden, werden einer zweiten Siebung und Sammlung unterzogen.
Im Schritt (1) bezieht sich das Elektrodenmaterial vorzugsweise auf ein Elektrodenmaterialfragment, ein grobkörniges Elektrodenmaterial und ein feinkörniges Elektrodenmaterial.
Das Elektrodenmaterial-Fragment und das grobkörnige Elektrodenmaterial werden weiter bevorzugt zerkleinert und gesiebt, um grobe Stromkollektorteilchen und das grobkörnige Elektrodenmaterial zu erhalten, dann wird das grobkörnige Elektrodenmaterial zerkleinert und gesiebt, um das feinkörnige Elektrodenmaterial zu erhalten.
Nachdem der größte Teil des Aluminiums und Kupfers entfernt wurde, werden das Elektrodenfragment und das grobkörnige Elektrodenmaterial in einem Brecher weiter zerkleinert und durch das Subnetz geleitet.
Vorzugsweise wird im Schritt (1) das Stromkollektor-Fragment mit Wasser gewaschen und getrocknet, und dann wird das Stromkollektor-Fragment recycelt.
Im Schritt (2) umfasst das Mahlhilfsmittel vorzugsweise mindestens einen der folgenden Stoffe: weißer Ruß, Opalpulver, Quarzpulver. (Der Hauptbestandteil des weißen Rußes, des Opalpulvers oder des Quarzpulvers ist Siliziumdioxid.)
Vorzugsweise beträgt im Schritt (2) das Massenverhältnis vom Mahlhilfsmittel zu Elektrodenmaterial (0,1 bis 0,5): 100.
Vorzugsweise dauert das Schleifen im Schritt (2) 30 Minuten bis 120 Minuten, und die Drehzahl einer zum Schleifen verwendeten Schleifmaschine beträgt 300 U/min bis 600 U/min.
Im Schritt (2) ist die Alkalilauge vorzugsweise Natriumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Kaliumhydroxid oder Calciumhydroxid.
Weiter bevorzugt beträgt die OH^- Konzentration der Alkalilauge 0,01 mol/L bis 0,2 mol/L.
Vorzugsweise dauert das Einweichen im Schritt (2) zwischen 10 und 15 Minuten.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren im Schritt (2) außerdem die Schritte des Waschens und Trocknens des Filterrückstands.
Vorzugsweise wird im Schritt (2) das gefilterte Filtrat mit Alkali versetzt, das zum erneuten Einweichen des gemahlenen Elektrodenpulvers verwendet werden kann.
Vorzugsweise wird im Schritt (3) das sekundäre Erhitzen bei einer Temperatur von 600°C bis 1000°C durchgeführt und dauert 60 Minuten bis 90 Minuten.
Vorzugsweise wird im Schritt (3) das sekundäre Erhitzen in einer Luft- oder Sauerstoffatmosphäre durchgeführt.
Die vorliegende Offenbarung sieht ferner eine Anwendung des Verfahrens beim Recycling von Elektrodenmaterialien vor.
Verglichen mit dem Stand der Technik hat die vorliegende Offenlegung die folgenden vorteilhaften Auswirkungen.

1. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung wird das primäre Erhitzen auf dem Elektrodenfragment der Lithium-Altbatterie durchgeführt, um die Adhäsionseigenschaft des Bindemittels zu verringern und gleichzeitig die Oberflächentemperatur des Elektrodenfragments der Lithium-Altbatterie schnell zu reduzieren. Da die Kerbe des Kollektorfragments (Aluminiumfolie und Kupferfolie) dünner ist, sinkt die Temperatur des Kerbenbereichs schneller, die Schrumpfkraft wird zuerst erzeugt, und dann rollt sich die Kerbe des Stromkollektorfragments zuerst ein. Daher wird die Kerbe zwischen dem Stromkollektor-Fragment und dem Elektrodenmaterial der Lithium-Altbatterie vergrößert, und nach der Abschirmung ist es wahrscheinlicher, dass das Elektrodenmaterial der Lithium-Altbatterie abfällt.
2. Bei dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung wird das Mahlhilfsmittel verwendet, um die Dichte des Elektrodenmaterials zu verringern und die Gleichmäßigkeit des gemahlenen Elektrodenmaterials zu erhöhen, wodurch ein Agglomerationsphänomen beim Trockenmahlen des Elektrodenmaterials vermieden, ein elektrostatischer Effekt beseitigt, eine Reaktion zwischen dem Aluminium im Elektrodenmaterial und verdünntem Alkali gefördert und die Temperatur des sekundären Erhitzens verringert wird. Dann kann das restliche Aluminiumpulver durch Einweichen des Elektrodenmaterials mit der Alkalilauge aufgelöst werden, und das Schleifhilfsmittel wird ebenfalls in dem verdünnten Alkali aufgelöst, so dass das verdünnte Alkali das Aluminium und das Schleifhilfsmittel synchron aus dem Elektrodenmaterial entfernen kann, und das gefilterte verdünnte Alkalifiltrat kann bei der Alkalilaugung des Elektrodenmaterials der Lithium-Altbatterie wiederverwendet werden, wodurch der Alkaliverbrauch reduziert wird.
3. Beim primären Erhitzen werden die meisten organischen Bindemittel (wie Polyvinylidenfluorid und Polytetrafluorethylen), Leitmittel, organische Lösungsmittel und andere Verunreinigungen pyrolysiert, und beim sekundären Erhitzen werden einige wenige Restverunreinigungen, die beim primären Erhitzen nicht pyrolysiert werden können, pyrolysiert und karbonisiert.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei:

1 ist ein Verfahrensablaufdiagramm des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Konzepte und die technischen Effekte, die sich aus der vorliegenden Offenbarung ergeben, werden in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen und den beigefügten Zeichnungen klar und vollständig beschrieben, damit die Gegenstände, die Merkmale und die Wirkungen der vorliegenden Offenbarung hinreichend verstanden werden. Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele nur einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung, nicht alle Ausführungsbeispiele. Andere Ausführungsbeispiele, die der Fachmann ohne schöpferische Anstrengung erhält, fallen alle in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung.
Ausführungsbeispiel 1
Ein Verfahren zur sicheren Entfernung von Verunreinigungen aus einer Lithium-Altbatterie durch Pyrolyse dieses Ausführungsbeispiels umfasst die folgenden Schritte:

(1) Recycling einer Lithium-Altbatterie, Entladung und Vorzerkleinerung zur Gewinnung von Elektrodenabfall-Fragmenten mit einer Länge und Breite von 2 cm bis 3 cm und einer Masse von 7.34 kg, Einlegen der Elektrodenabfall-Fragmente in einen Heizofen zum primären Erhitzen für 45 Minuten unter den Bedingungen von 586°C und Einleiten von Sauerstoff, Bewegen der erhitzten Elektrodenabfall-Fragmente in einem Siebkorb und Besprühen mit kalter Luft bei 10°C zum Abschrecken, Auswählen eines Ultraschallschwingsiebs zum Sieben (16 Maschen für ein Hauptnetz, 100 Maschen für ein Übergangsnetz und 540 Maschen für ein Subnetz), wobei das Hauptnetz Stromkollektor-Fragmente, das Übergangsnetz Materialfragmente, die Verunreinigungen enthalten, und das Subnetz grobkörnige Elektrodenmaterialien, die mehr Verunreinigungen enthalten, sammelt;
(2) Waschen und Trocknen der durch das Hauptnetz eingefangenen Stromkollektor-Fragmente, Sammeln der Stromkollektor-Fragmente, Zerkleinern der durch das Übergangsnetz eingefangenen Elektrodenmaterial-Fragmente und der durch das Subnetz eingefangenen grobkörnigen Elektrodenmaterialien in feine Partikel durch einen Brecher, Sieben mit dem Übergangsnetz und dem Subnetz des Ultraschall-Schwingsiebs zum zweiten Mal, bei der zweiten Siebung erfolgt ein Einfangen und Sammeln der groben Stromkollektorteilchen durch das Übergangsnetz, und Verwendung des durch das Subnetz eingefangenen grobkörnigen Elektrodenmaterials zur erneuten Zerkleinerung in feine Teilchen durch den Brecher und anschließendes Sieben der feinen Teilchen durch das Subnetz, um das Elektrodenmaterial zu erhalten;
(3) Zuführen von weißem Ruß und dem Elektrodenmaterial in einem Massenverhältnis von 0,41: 100 in eine oszillierende Kugelmühle mit einer Umdrehungszahl von 540 U/min zum Mahlen für 87 Minuten, Einweichen in einer Natriumhydroxidlösung mit einer OH^- Konzentration von 0,031 mol/L für 12 Minuten und Filtrieren, um ein Filtrat und einen Filterrückstand zu erhalten, wobei das Filtrat zum erneuten Einweichen des Elektrodenpulvers verwendet werden kann, wenn es mit Alkali ergänzt wird, und Waschen des Filterrückstands mit Wasser und dann Trocknen des Filterrückstands, um Elektrodenpulver zu erhalten; und
(4) Einbringen des Elektrodenpulvers in einen Heizofen und anschließendes Erhitzen in dem Heizofen bei 755°C für 87 Minuten unter Zufuhr von Luft, um 5,37 kg positives Elektrodenmaterial zu erhalten.

1 ist ein Prozessablaufdiagramm des Ausführungsbeispiels 1 der vorliegenden Offenbarung. Aus 1 ist ersichtlich, dass die Lithium-Altbatterie entladen und einer ersten Zerkleinerung unterzogen wird, um die Elektrodenabfall-Fragmente zu erhalten, und dann einem ersten Erhitzen, Abkühlen und Sieben unterzogen wird, und dann laminiert und durch Verwendung des Ultraschall-Schwingsiebs gesiebt wird, d.h. durch die drei Schichten von Netzen, die das Hauptnetz, das Übergangsnetz und das Subnetz umfassen, gesiebt und abgestuft wird, und dann durch die verdünnte Lauge von Verunreinigungen entfernt, gefiltert und einem zweiten Erhitzen unterzogen wird, um das Elektrodenpulver zu erhalten.
Ausführungsbeispiel 2
Ein Verfahren dieses Ausführungsbeispiels zur sicheren Entfernung von Verunreinigungen aus einer Lithium-Altbatterie durch Pyrolyse umfasst die folgenden Schritte:

(1) Recycling einer Lithium-Altbatterie, Entladung und Vorzerkleinerung zur Gewinnung von Elektrodenabfall-Fragmenten mit einer Länge und Breite von 2 cm bis 3 cm und einer Masse von 8.79 kg, Einbringen der Elektrodenabfall-Fragmente in einen Heizofen zum primären Erhitzen für 69 Minuten unter den Bedingungen von 550°C und Einleiten von Sauerstoff, Bewegen der erhitzten Elektrodenabfall-Fragmente in einen Siebkorb und Besprühen mit kalter Luft bei 10°C zum Abschrecken, Auswählen eines Ultraschallvibrationssiebs zum Sieben (20 Maschen für ein Hauptnetz, 100 Maschen für ein Übergangsnetz und 540 Maschen für ein Subnetz), wobei das Hauptnetz Stromkollektor-Fragmente sammelt, das Übergangsnetz Materialfragmente, die Verunreinigungen enthalten, und das Subnetz grobkörnige Elektrodenmaterialien, die mehr Verunreinigungen enthalten, sammelt;
(2) Waschen und Trocknen der durch das Hauptnetz eingefangenen Stromkollektor-Fragmente, Sammeln der Stromkollektor-Fragmente, Zerkleinern der durch das Übergangsnetz eingefangenen Elektrodenmaterial-Fragmente und der durch das Subnetz eingefangenen grobkörnigen Elektrodenmaterialien in feine Partikel durch einen Brecher, Sieben mit dem Übergangsnetz und dem Subnetz des Ultraschall-Schwingsiebs zum zweiten Mal, bei der zweiten Siebung erfolgt das Einfangen und Sammeln der groben Stromkollektorteilchen durch das Übergangsnetz und die Verwendung des durch das Subnetz eingefangenen grobkörnigen Elektrodenmaterials zur erneuten Zerkleinerung in feine Teilchen durch den Brecher, dann erfolgt ein Sieben der feinen Teilchen durch das Subnetz, um das Elektrodenmaterial zu erhalten;
(3) Zuführen von weißem Ruß und dem Elektrodenmaterial in einem Massenverhältnis von 0,27: 100 in eine oszillierende Kugelmühle mit einer Umdrehungszahl von 480 U/min zum Mahlen für 104 Minuten, Einweichen in einer verdünnten Natriumhydroxidlösung mit einer OH^- Konzentration von 0,157 mol/L für 10 Minuten und Filtrieren, um ein Filtrat und einen Filterrückstand zu erhalten, wobei das Filtrat zum erneuten Einweichen des Elektrodenpulvers verwendet werden kann, wenn es mit Alkali ergänzt wird, und Waschen des Filterrückstands mit Wasser und dann Trocknen des Filterrückstands, um Elektrodenpulver zu erhalten; und
(4) Einbringen des Elektrodenpulvers in einen Heizofen und anschließendes Erhitzen in dem Heizofen bei 695°C für 78 Minuten unter Zufuhr von Luft, um 6,64 kg positives Elektrodenmaterial zu erhalten.

Ausführungsbeispiel 3
Ein Verfahren dieses Ausführungsbeispiels zur sicheren Entfernung von Verunreinigungen aus einer Lithium-Altbatterie durch Pyrolyse umfasst die folgenden Schritte:

(1) Recycling einer Lithium-Altbatterie, Entladung und Vorzerkleinerung zur Gewinnung von Elektrodenabfall-Fragmenten mit einer Länge und Breite von 2 cm bis 3 cm und einer Masse von 3.37 kg, Einführen der Elektrodenabfall-Fragmenten in einen Heizofen zum primären Erhitzen für 57 Minuten unter den Bedingungen von 580°C und Einleiten von Sauerstoff, Bewegen der erhitzten Elektrodenabfall-Fragmente in einen Siebkorb und Besprühen mit kalter Luft bei 10°C zum Abschrecken, Auswählen eines Ultraschallschwingsiebs zum Sieben (20 Maschen für ein Hauptnetz, 100 Maschen für ein Übergangsnetz und 600 Maschen für ein Subnetz), wobei das Hauptnetz Stromkollektor-Fragmente sammelt, das Übergangsnetz Materialfragmente sammelt, die Verunreinigungen enthalten, und das Subnetz grobkörnige Elektrodenmaterialien sammelt, die mehr Verunreinigungen enthalten;
(2) Waschen und Trocknen der durch das Hauptnetz eingefangenen Stromkollektor-Fragmente, Sammeln der Stromkollektor-Fragmente, Zerkleinern der durch das Übergangsnetz eingefangenen Elektrodenmaterial-Fragmente und der durch das Subnetz eingefangenen grobkörnigen Elektrodenmaterialien in feine Partikel durch einen Brecher, Sieben mit dem Übergangsnetz und dem Subnetz des Ultraschall-Schwingsiebs zum zweiten Mal, bei der zweiten Siebung erfolgt das Einfangen und Sammeln der groben Stromkollektorteilchen durch das Übergangsnetz und die Verwendung des durch das Subnetz eingefangenen grobkörnigen Elektrodenmaterials zur erneuten Zerkleinerung in feine Teilchen durch den Brecher und anschließendes Sieben der feinen Teilchen durch das Subnetz, um das Elektrodenmaterial zu erhalten;
(3) Zuführen von weißem Ruß und dem Elektrodenmaterial in einem Massenverhältnis von 3: 100 in eine oszillierende Kugelmühle mit einer Umdrehungszahl von 540 U/min zum Mahlen für 76 Minuten, Einweichen in einer verdünnten Natriumhydroxidlösung mit einer OH^- Konzentration von 0,138 mol/L für 15 Minuten und Filtrieren, um ein Filtrat und einen Filterrückstand zu erhalten, wobei das Filtrat zum erneuten Einweichen des Elektrodenpulvers verwendet werden kann, wenn es mit Alkali ergänzt wird, und Waschen des Filterrückstands mit Wasser und dann Trocknen des Filterrückstands, um Elektrodenpulver zu erhalten; und
(4) Einbringen des Elektrodenpulvers in einen Heizofen und anschließendes Erhitzen in dem Heizofen bei 845°C für 67 Minuten unter Zufuhr von Luft, um 6,31 kg positives Elektrodenmaterial zu erhalten.

Ausführungsbeispiel 4
Ein Verfahren dieses Ausführungsbeispiels zur sicheren Entfernung von Verunreinigungen aus einer Lithium-Altbatterie durch Pyrolyse umfasst die folgenden Schritte:

(1) Recycling einer Lithium-Altbatterie, Entladung und Vorzerkleinerung zur Gewinnung von Elektrodenabfall-Fragmenten mit einer Länge und Breite von 2 cm bis 3 cm und einer Masse von 7.83 kg, Einlegen der Elektrodenabfall-Fragmente in einen Heizofen zum primären Erhitzen für 68 Minuten unter den Bedingungen von 490°C und Einleiten von Sauerstoff, Bewegen der erhitzten Elektrodenabfall-Fragmente in einen Siebkorb und Besprühen mit kalter Luft bei 10°C zum Abschrecken, Auswählen eines Ultraschallvibrationssiebs zum Sieben (16 Maschen für ein Hauptnetz, 200 Maschen für ein Übergangsnetz und 600 Maschen für ein Subnetz), wobei das Hauptnetz Stromkollektor-Fragmente, das Übergangsnetz Materialfragmente, die Verunreinigungen enthalten, und das Subnetz grobkörnige Elektrodenmaterialien, die mehr Verunreinigungen enthalten, sammelt;
(2) Waschen und Trocknen der durch das Hauptnetz eingefangenen Stromkollektor-Fragmente, Sammeln der Stromkollektor-Fragmente, Zerkleinern der durch das Übergangsnetz eingefangenen Elektrodenmaterial-Fragmente und der durch das Subnetz eingefangenen grobkörnigen Elektrodenmaterialien in feine Partikel durch einen Brecher, Sieben mit dem Übergangsnetz und dem Subnetz des Ultraschall-Schwingsiebs zum zweiten Mal, bei der zweiten Siebung erfolgt das Einfangen und Sammeln der groben Stromkollektorteilchen durch das Übergangsnetz und die Verwendung des durch das Subnetz eingefangenen grobkörnigen Elektrodenmaterials zur erneuten Zerkleinerung in feine Teilchen durch den Brecher und anschließendes Sieben der feinen Teilchen durch das Subnetz, um das Elektrodenmaterial zu erhalten;
(3) Zuführen von Opalpulver und dem Elektrodenmaterial in einem Massenverhältnis von 0,14: 100 in eine oszillierende Kugelmühle mit einer Drehzahl von 540 U/min zum Mahlen für 69 Minuten, Einweichen in einer verdünnten Kaliumhydroxidlösung mit einer OH^- Konzentration von 0,175 mol/L für 15 Minuten und Filtrieren, um ein Filtrat und einen Filterrückstand zu erhalten, wobei das Filtrat zum erneuten Einweichen des Elektrodenpulvers verwendet werden kann, wenn es mit Alkali ergänzt wird, und Waschen des Filterrückstands mit Wasser und dann Trocknen des Filterrückstands, um Elektrodenpulver zu erhalten; und
(4) Einbringen des Elektrodenpulvers in einen Heizofen und anschließendes Erhitzen in dem Heizofen bei 755°C für 75 Minuten unter Zufuhr von Luft, um 5,64 kg positives Elektrodenmaterial zu erhalten.

Vergleichendes Beispiel 1
Ein Verfahren dieses Vergleichsbeispiels zur sicheren Entfernung von Verunreinigungen aus einer Lithium-Altbatterie durch Pyrolyse umfasst die folgenden Schritte:

(1) Recycling einer Lithium-Altbatterie, Entladung und Vorzerkleinerung zur Gewinnung von Elektrodenabfall-Fragmenten mit einer Länge und Breite von 2 cm bis 3 cm und einer Masse von 7.45 kg, Einbringen der Elektrodenabfall-Fragmente in einen Heizofen zum Abkühlen bei Normaltemperatur für 53 Minuten unter den Bedingungen von 615°C und Einleiten von Sauerstoff, Auswählen eines Ultraschallschwingsiebs zum Sieben (16 Maschen für ein Hauptnetz, 140 Maschen für ein Übergangsnetz und 500 Maschen für ein Subnetz), wobei das Hauptnetz Stromkollektor-Fragmente sammelt, das Übergangsnetz Materialfragmente sammelt, die Verunreinigungen enthalten, und das Subnetz grobkörnige Elektrodenmaterialien sammelt, die mehr Verunreinigungen enthalten;
(2) Waschen und Trocknen der durch das Hauptnetz eingefangenen Stromkollektor-Fragmente, Sammeln der Stromkollektor-Fragmente, Zerkleinern der durch das Übergangsnetz eingefangenen Elektrodenmaterial-Fragmente und der durch das Subnetz eingefangenen grobkörnigen Elektrodenmaterialien in feine Partikel durch einen Brecher, Sieben mit dem Übergangsnetz und dem Subnetz des Ultraschall-Schwingsiebs zum zweiten Mal, bei der zweiten Siebung erfolgt das Einfangen und Sammeln der groben Stromkollektorteilchen durch das Übergangsnetz und die Verwendung des durch das Subnetz eingefangenen grobkörnigen Elektrodenmaterials zur erneuten Zerkleinerung in feine Teilchen durch den Brecher und anschließendes Sieben der feinen Teilchen durch das Subnetz, um das Elektrodenmaterial zu erhalten;
(3) Zuführen von weißem Ruß und dem Elektrodenmaterial in einem Massenverhältnis von 0,43: 100 in eine oszillierende Kugelmühle mit einer Umdrehungszahl von 480 U/min zum Mahlen für 72 Minuten, Einweichen in einer verdünnten Natriumhydroxidlösung mit einer OH^- Konzentration von 0,076 mol/L für 14 Minuten und Filtrieren, um ein Filtrat und einen Filterrückstand zu erhalten, wobei das Filtrat zum erneuten Einweichen des Elektrodenpulvers verwendet werden kann, wenn es mit Alkali ergänzt wird, und Waschen des Filterrückstands mit Wasser und dann Trocknen des Filterrückstands, um Elektrodenpulver zu erhalten; und
(4) Einbringen des Elektrodenpulvers in einen Heizofen und anschließendes Erhitzen in dem Heizofen bei 850°C für 74 Minuten unter der Bedingung, dass Luft zugeführt wird, um 5,64 kg positives Elektrodenmaterial zu erhalten.

Vergleichendes Beispiel 2
Ein Verfahren dieses Vergleichsbeispiels zur sicheren Entfernung von Verunreinigungen aus einer Lithium-Altbatterie durch Pyrolyse umfasst die folgenden Schritte:

(1) Recycling einer Lithium-Altbatterie, Entladung und Vorzerkleinerung zur Gewinnung von Elektrodenabfall-Fragmenten mit einer Länge und Breite von 2 cm bis 3 cm und einer Masse von 8.07 kg, Einlegen der Elektrodenabfall-Fragmente in einen Heizofen zum primären Erhitzen für 45 Minuten unter den Bedingungen von 585°C und Einleiten von Sauerstoff, Bewegen der erhitzten Elektrodenabfall-Fragmenten in einen Siebkorb und Besprühen mit kalter Luft bei 10°C zum Abschrecken, Auswählen eines Ultraschallvibrationssiebs zum Sieben (16 Maschen für ein Hauptnetz, 200 Maschen für ein Übergangsnetz und 600 Maschen für ein Subnetz), wobei das Hauptnetz Stromkollektor-Fragmente, das Übergangsnetz Materialfragmente, die Verunreinigungen enthalten, und das Subnetz grobkörnige Elektrodenmaterialien, die mehr Verunreinigungen enthalten, sammelt;
(2) Waschen und Trocknen der durch das Hauptnetz eingefangenen Stromkollektor-Fragmente, Sammeln der Stromkollektor-Fragmente, Zerkleinern der durch das Übergangsnetz eingefangenen Elektrodenmaterial-Fragmente und der durch das Subnetz eingefangenen grobkörnigen Elektrodenmaterialien in feine Partikel durch einen Brecher, Sieben mit dem Übergangsnetz und dem Subnetz des Ultraschall-Schwingsiebs zum zweiten Mal, bei der zweiten Siebung erfolgt das Einfangen und Sammeln der groben Stromkollektorteilchen durch das Übergangsnetz und die Verwendung des durch das Subnetz eingefangenen grobkörnigen Elektrodenmaterials zur erneuten Zerkleinerung in feine Teilchen durch den Brecher und anschließendes Sieben der feinen Teilchen durch das Subnetz, um das Elektrodenmaterial zu erhalten;
(3) Zuführen des Elektrodenmaterials in eine oszillierende Kugelmühle mit einer Umdrehungszahl von 540 U/min zum Mahlen für 78 Minuten, Einweichen in einer verdünnten Kaliumhydroxidlösung mit einer OH^- Konzentration von 0,094 mol/L für 15 Minuten und Filtrieren, um ein Filtrat und einen Filterrückstand zu erhalten, wobei das Filtrat zum erneuten Einweichen des Elektrodenpulvers verwendet werden könnte, wenn es mit Alkali ergänzt wird, und Waschen des Filterrückstands mit Wasser und anschließendes Trocknen des Filterrückstands, um Elektrodenpulver zu erhalten; und
(4) Einbringen des Elektrodenpulvers in einen Heizofen und anschließendes Erhitzen in dem Heizofen bei 780 °C für 87 Minuten unter Zufuhr von Luft, um 6,24 kg positives Elektrodenmaterial zu erhalten.

Behandlungsgruppe	Aluminiumgehalt vor der Behandlung mit verdünntem Alkali (%)	Aluminiumgehalt nach Behandlung mit verdünntem Alkali (%)	Kohlenstoffgehalt nach dem ersten Erhitzen (%)	Kohlenstoffgehalt nach dem zweiten Erhitzen (%)
Ausführungsform 1	0.78	0.051	0.67	0.017
Ausführungsbeispiel 2	0.33	0.046	0.45	0.013
Ausführungsbeispiel 3	0.61	0.048	0.88	0.018
Ausführungsbeispiel 4	0.69	0.031	0.71	0.015
Vergleichsbeispiel 1	0.91	0.21	0.83	0.023
Vergleichsbeispiel 2	0.78	0.15	0.91	0.031

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die positiven Elektrodenmaterialien, die durch die Entfernung von Verunreinigungen durch Pyrolyse mittels der Verfahren der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 der vorliegenden Offenbarung erhalten werden, einen geringen Aluminiumgehalt aufweisen, während das Verfahren des Vergleichsbeispiels 1 bei normaler Temperatur langsam abkühlt, was dem geringen Einrollgrad des Stromkollektor-Fragments nicht zuträglich ist. Dies führt dazu, dass die Kerbe zwischen dem Stromkollektor-Fragment und dem Elektrodenmaterial der Lithium-Altbatterie verringert wird und das Elektrodenmaterial der Lithium-Altbatterie nach dem Sieben nicht leicht abfällt, so dass der Aluminiumgehalt vor der verdünnten Alkalibehandlung hoch ist. In Vergleichsbeispiel 2 wird kein Mahlhilfsmittel zugegeben, was zu einem Agglomerationsphänomen führt, das für die Partikeldispersion ungünstig ist, was zu einer größeren Partikelgröße führt, die für die Dispersion von verkohltem Schorf durch Erhitzen der Bindemittel, leitfähigen Mittel und organischen Lösungsmittel ungünstig ist, und somit für die Reaktion zwischen Aluminium und verdünntem Alkali ungünstig ist, was zu Aluminiumrückständen nach der Behandlung mit verdünntem Alkali führt.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind detailliert beschrieben, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt, und es können auch verschiedene Änderungen im Rahmen des Wissensumfangs von Fachleuten vorgenommen werden, ohne vom Zweck der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können die Ausführungsbeispiele in der Anmeldung und die Merkmale in den Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, sofern sie sich nicht widersprechen.

Claims

Verfahren zur sicheren Entfernung von Verunreinigungen aus einer Lithium-Altbatterie durch Pyrolyse, das die folgenden Schritte umfasst: (1) primäres Erhitzen, Abschrecken und anschließendes Schichtsieben von Elektroden-Fragmenten aus einer Lithium-Altbatterie, um ein Stromkollektor-Fragment und ein Elektrodenmaterial zu erhalten; (2) Mischen und Mahlen des Elektrodenmaterials und eines Mahlhilfsmittels, Einweichen der Mischung in einer Alkalilauge, Filtrieren und Entfernen von Filterrückständen, um Elektrodenpulver zu erhalten; und (3) sekundäres Erhitzen des Elektrodenpulvers, um ein positives Elektrodenmaterial zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (1) das primäre Erhitzen bei einer Temperatur von 420°C bis 600°C durchgeführt wird und 45 Minuten bis 90 Minuten dauert und das primäre Erhitzen in einer Luft- oder Sauerstoffatmosphäre durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (1) ein Ultraschallschwingsieb zum Sieben verwendet wird und eine Maschenzahl eines Hauptnetzes des Ultraschallschwingsiebs 16 Maschen oder 20 Maschen beträgt, eine Maschenzahl eines Übergangsnetzes des Ultraschallschwingsiebs 100 Maschen oder 140 Maschen oder 200 Maschen aufweist und eine Maschenzahl eines Subnetzes des Ultraschallschwingsiebs 500 Maschen, 540 Maschen oder 600 Maschen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (1) das Abschrecken darin besteht, ein Gefrierspray aufzusprühen, um das Elektroden-Fragment der Lithium-Altbatterie innerhalb von 90 Sekunden auf eine Temperatur von weniger als 50°C abzukühlen; und das Gefrierspray Kaltluft mit einer Temperatur von weniger als 15°C ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (2) das Mahlhilfsmittel weißer Ruß und/oder Opalpulver und/oder Quarzpulver ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (2) das Massenverhältnis des Mahlhilfsmittels zu dem Elektrodenmaterial (0,1 bis 0,5): 100 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (2) die Alkalilauge eines der folgenden Elemente ist: Natriumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Kaliumhydroxid, Calciumhydroxid.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (2) die OH- Konzentration der Alkalilauge 0,01 mol/L bis 0,2 mol/L beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schritt (3) das sekundäre Erhitzen bei einer Temperatur von 600°C bis 1000°C durchgeführt wird und 60 Minuten bis 90 Minuten dauert.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 beim Recycling eines Elektrodenmaterials.