[发明专利]一种废旧三元动力锂电池正极材料与集流体的剥离方法

说明书

一种废旧三元动力锂电池正极材料与集流体的剥离方法,属于资源再生技术领域。本发明包括安全预处理、电池外壳剥离、保温、超声以及后续步骤。本发明基于正极材料粘结剂的热分解温度，将电池正极极片置于适当的温度下保温一段时间，使压实的粘结剂热分解，然后通过超声处理来实现正极材料与集流体之间的高效完全分离，分离后的集流体表面光洁，无正极材料残留，可用作铝生产原料再次利用，干燥后的正极材料可以通过后续的处理工艺回收再生。

技术领域

本发明涉及一种废旧三元动力锂电池的正极极片的正极材料与集流体的高效分离方法，是废旧电池的回收处理工艺流程中的一项重要的处理步骤，属于资源再生技术领域。

背景技术

锂离子电池因具有能量密度高，电压高、寿命长、自放电率低、无记忆效应、循环性能好以及使用温度范围广等优点，自从20世纪90年代实现商业化以来，迅速成为各种便携式电子设备的主要电源。据统计，2000年全球锂离子电池生产量超过5.8亿只，国内产量约1亿只，2003年全球产量达到12.55亿只，2008年产量达到了27.1亿只，2010年全球产量超过了30亿只。随着锂离子电池制造技术日益成熟，其使用范围越来越广，特别是近几年随着纯电动汽车的蓬勃发展，全球锂离子电池的市场还将迅猛增长。

锂离子电池的循环寿命一般在500～2000次之间，随之而来的是寿命终止或其他各种原因而导致产生的废旧锂离子电池也呈现爆发式的增长。据调查显示，2015年中国动力电池报废量累计约2万～4万吨，到2020年中国纯电动乘用车和混合动力乘用车的电池累计报废量将达到17万吨左右，动力电池的回收和再利用问题已成为行业热点。

锂离子电池回收再生技术的核心是对正极极片上活性材料的回收利用，其中最基本也是最重要的步骤就是将活性材料与集流体的高效完全分离。锂离子电池正极极片由一定比例的活性物质(LiCoO2、LiNixCoyMnzO2、LiMn2O4和LiFePO4等)、导电剂(乙炔黑等)和粘结剂(聚偏氟乙烯(PVDF)等)混合均匀后粘结在集流体铝箔上制备而成。在粘结剂粘结的作用下，活性材料、导电剂和粘结剂形成了薄膜形态，然后和集流体一起构成了电池的正极极片。目前，研究报道中的正极材料和集流体的分离技术主要有破碎筛分、有机溶剂浸泡、高温热处理、酸浸和碱浸。

CN200610172603公开了一种锂离子电池正极材料的回收方法，采用有机溶剂浸泡法，用N,N-二甲基甲酰胺与液体醇和/或液体酮的混合溶剂浸泡正极极片，使正极材料与集流体分离，过滤得到正极活性物质。CN201010209830公开了一种从废旧锂离子电池正极材料中回收钴、镍和锰的方法，将废旧锂离子电池正极极片浸入到低浓度的碱液中，由于正极材料不与碱液反应而从金属铝片上脱落成为黑色粉末，然后漂洗，使铝与黑色粉末分离，得到含铝较低的黑色粉末。CN201110067952公开了一种锂离子电池正极材料回收方法，采用机械破碎的方法，将待回收的正极片放入粉碎机，筛分成粉料，然后通过流化床除去导电碳和杂质；经过旋风分离器分离、冷却后，过筛得到合格的正极粉体。CN201110068009公开了一种锂离子电池正极材料回收方法，将待回收的正极片放入在加热炉中，先后经过300～400℃和500～600℃两段高温处理后，活性物质自动脱落形成粉末。CN200910304134公开了一种废旧锂电池正极活性材料的高效浸出工艺，采用酸浸法，使用强酸溶液，将正极材料和集流体一齐酸溶浸出，然后再通过萃取、沉淀等方法分离出有价值的金属元素。

上述方法都存在一些缺点，破碎筛分法，由于正极材料复杂的结构和化学组成，破碎筛分很难将其中各组分完全分离开来，获得的正极材料中，往往含有Al、Cu和Fe等多种金属，导致后续除杂工艺复杂，增加了回收成本；有机溶剂浸泡法，因有机溶剂有毒且价格昂贵，限制了其在工业上的应用；高温热处理，能耗大且高温下粘结剂分解产生HF等有毒气体，需配套废气处理装置以减少二次污染；酸浸和碱浸法存在流程复杂、有价金属回收率低，酸碱使用量大，并且废液不易处理的问题。因此，建立一种操作简单，条件温和，能耗较低，分离完全、安全高效和环境友好的正极材料和集流体分离的方法，无论是从环境保护还是从资源循环利用的角度出发，都具有十分重要的意义。