[发明专利]一种处理废旧锂离子电池正极片提取有价金属的方法

说明书

技术领域

本发明属资源循环利用领域。具体涉及一种从锂离子电池正极片中提取有价金属的方法。

背景技术

锂离子电池是现代先进化学电源，广泛应用于消费电子产品、军工产品、航空产品、工具和运输产品等的动力能源，也是未来电动汽车首选的轻型高能动力电池，在全球具有巨大的市场。以移动通讯为例，目前全球移动电话用户超过35亿，中国用户超过6亿，并在逐年增长。作为可充电电池，锂离子电池经过数百次充放电后（一般使用1~2年），由于膨胀变形、容量下降等导致报废，于是每年报废待处理的锂离子电池数量巨大，并将逐年大幅度增长。

锂离子电池具有与其他化学电源相似的结构，由外壳、电芯、电解液构成；构成电芯的正极片是正极材料（以Li、Co、Ni、Mn等有色金属元素为主要组成的复合氧化物材料）涂覆于铝质膜上而成，负极片是负极材料（碳材料）涂覆于铜质膜上而成。常见锂离子电池芯体材料中的金属含量见下表：

表1常见锂离子电池芯体材料中的金属含量

元素名称Co(Ni,Mn)CuAlLi含量/%20.0~22.018.0~20.06.0~6.42.2~2.5

可见，锂离子电池正极材料成了有色金属材料的重要应用领域之一。大量失效废弃的锂离子电池成了Li、Co、Ni、Mn、Cu和Al等的重要二次资源。其中铜是作为电池负极的集流体材料，铝是电池正极的集流体材料，钴（镍、锰）和锂是正极活性材料的主要成分。因此，废旧锂离子电池是铜、铝、锂、钴（镍、锰）等的重要二次资源，具有比其一次资源更高的含量。

针对电池中最具价值的钴、锂和铜，把正负极分开处理最为方便。采用专门的解体分离设备，可以将电池解体，并将正、负极分离；从负极片中回收得到铜，从正极片中回收钴、锂和铝。对于目前用石墨负极材料的锂离子电池来说，负极铜和石墨的回收相对简单，用简单的高温熔炼即可达到目标。而正极片的处理相对复杂、并具有更高经济价值。

在处理正极片的过程中，一般是先将铝质膜与活性材料分离，再用化学方法处理活性材料，经分离、净化得到Co（Ni、Mn）、Li、Cu和Al等的金属或化合物；其中的关键是铝膜与活性物质的有效分离和活性物质的高效溶解。

分离铝膜与活性物质的方法有物理法、化学法，分别通过不同的途径：l）溶解粘结剂破坏接触界面；2）溶解集流体。在锂离子电池制造工艺中，将粘结剂PVDF用NMP（N-甲基毗咯烷酮）溶解，与正极活性物质或负极活性物质混合调成浆料，再涂覆在金属集流体上制成涂膜电极^[1]。在现已有报道的研究中，采用有机溶剂溶解铝箔基涂膜废极片上粘结剂PVDF，能方便回收正极活性物和金属Al^[2]；利用正极活性物不溶于碱的性质，用NaOH预先溶解涂膜废极片中的大部分铝，而正极活性物全部留在碱浸渣中而得以分离^[3]。