一種電解分離廢舊鋰離子電池中正極材料與鋁集流體的方法
【專利摘要】本發明提供一種電解分離廢舊鋰離子電池中正極材料與鋁集流體的方法，包括以下步驟：將廢舊鋰電池放電后拆解，取出其中的正極片，并清洗；將正極片的四周密封后固定于電解槽中，在電解槽中加入電解液，使正極片充分浸潤；以正極片作為陽極、鉛板作為陰極，將正極片中的鋁集流體通過導線與電源正極連接、將鉛板通過導線與電源負極連接，通電后進行電化學反應，與正極材料相接觸的界面處的鋁發生電解，而使鋁集流體分離出來；粘附在鋁集流體上的正極材料脫落掉入電解液，得到鋁集流體，再對電解液篩分得到正極材料。本發明從內部直接破壞鋁集流體與正極材料的接觸界面，使正極材料和鋁集流體充分分離；對鋁集流體的回收率可以達到99%以上。
【專利說明】
一種電解分離廢舊鋰離子電池中正極材料與鋁集流體的方法
技術領域
[0001]本發明涉及廢舊鋰離子電池回收技術領域，特別涉及一種電解分離廢舊鋰離子電池中正極材料與鋁集流體的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，鋰離子電池已經走進了千家萬戶，鋰離子電池的使用量不僅在3C領域穩步增長，還在電動汽車領域更是呈現爆發式的增長。隨著鋰電產能的大幅增加，鋰電行業面臨兩個重大的問題，一是鋰電資源的慢慢枯竭，開采量跟不上需求;二是隨著鋰電池生命周期的完成，大量廢棄鋰電池的產生將導致嚴重的環境污染問題。因此，對廢舊鋰電池進行回收將具有重要的意義，不僅創造巨大的經濟價值，還可能緩解潛在的環境危機。
[0003]業界對廢舊電池的回收技術尚處在摸索和開發階段，各方面技術都有待成熟和完善。正極作為鋰電池的重要組成部分，其含有鋰、鈷、鎳和錳等稀有金屬，對其進行回收可以緩解資源危機，并創造巨大的經濟價值。正極活性物質是通過PVDF等有機粘結劑與鋁集流體粘附在一起的，為了實現更有效的分選回收，往往需先將正極材料與鋁集流體分離。但由于正極材料與集流體的結合力相當牢固，直接使用機械進行分離是很難奏效。目前，分離正極材料和鋁集流體的思路大致包括:高溫去除粘結劑、有機溶液溶解粘結劑和堿液溶解鋁集流體。其中高溫處理的弊端在于溫度需要很高，其能耗較高，且粘結劑焚燒產生的廢棄需要增加額外的回收裝置。有機溶液溶解粘結劑方法中由于有機溶劑的粘度較大，溶解后會造成后續正極材料不好過篩等問題。而堿液溶解存在耗費時間較長，消耗液量較大和溶解過程會產生大量的廢氣等問題。因此，目前的分離途徑都或多或少的存在其問題。
【發明內容】
[0004]本發明提出了一種新的分離正極材料和鋁集流體的方法，其特征是通過電解來去除正極材料和鋁箔界面處的鋁，破壞正極材料和鋁箔的接觸界面，從而達到分離的目的。
[0005]為了實現本發明目的采用以下技術方案:
[0006]—種電解分離廢丨日鋰離子電池中正極材料與鋁集流體的方法，包括以下步驟:
[0007](I)將廢舊鋰電池放電后拆解，取出其中的正極片，并將正極片用去離子水清洗干凈；
[0008](2)將正極片的四周密封后固定于電解槽中，在電解槽中加入電解液，使正極片充分浸潤；
[0009](3)以正極片作為陽極、鉛板作為陰極，將正極片中的鋁集流體通過導線與電源正極連接、將鉛板通過導線與電源負極連接，通電后進行電化學反應，與正極材料相接觸的界面處的鋁發生電解，而使鋁集流體分離出來；
[0010](4)粘附在鋁集流體上的正極材料脫落掉入電解液，得到鋁集流體，再對電解液篩分得到正極材料。
[0011 ]進一步方案，將正極片設于電解槽的中間，在正極片的兩側對稱設置鉛板，且使正極片上涂覆有正極材料的端面正對著鉛板。
[0012]進一步方案，所述電解液為磷酸電解液、堿性電解液、高氯酸電解液，硫酸電解液或氫氟酸電解液。
[0013]進一步方案，所述步驟(2)中電化學反應的電流為10-40A/dm2、反應溫度為80-95°C、電解時間為3-1 Omin。
[0014]本發明將正極片直接用做電解陽極，由于正極材料薄膜具有一定的孔隙率，在電場作用下，電解液可以通過正極材料薄膜而到達鋁集流體的界面，使其發生電解反應。從而使鋁集流體和正極材料相接觸的界面被破壞，使得正極材料直接從鋁集流體脫落而分離開。
[0015]將正極片的四周密封后固定于電解槽，保證電解液只通過正極片的正面接觸鋁集流體的表面，加快分離速度。
[0016]所以，本發明的有益效果是:
[0017]1、本發明創新性地提出了一種新的電解法分離正極片中正極材料與鋁集流體的方法，目前還尚未見相關報道；
[0018]2、本發明從內部直接破壞鋁集流體與正極材料的接觸界面，使正極材料和鋁集流體充分分尚；
[0019]3、本發明的分離方法簡單，不需要進行傳統鋰電池回收工藝中使用強酸強堿溶解鋁箔和正極材料分離減少了原輔料的投放和工藝流程步驟，節約了成本且提高了效率;且不會產生廢棄物和廢氣，對環境友好。
[0020]4、該方法也未采用NMP、DMAC、DMF等有機溶劑，減小了由于大量有機溶劑引入造成的對環境的污染及回收工藝的高成本，簡化整個廢舊鋰電池集流體回收流程并增加回收產品，通過本發明分離方法對鋁集流體的回收率可以達到99 %以上。
[0021]5、本發明解決了鋰電池資源回收利用問題，為電動汽車的發展解除后顧之憂，其不會產生廢酸或廢堿的二次污染，具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明中電化學反應的電解槽結構示意圖。
[0023]需要說明的是，附圖裝置只是示例本發明的【具體實施方式】，其唯一的目的是為了說明不同部件相對于本發明【具體實施方式】的相對布置情況。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例對本發明所述的電解分離正極材料和鋁集流體進行說明，所述的實施例只是對本發明權利要求的具體描述，權利要求包括但不限于所述的實施例內容。
[0025]實施例1
[0026](I)將尺寸為寬89mm*高144mm*厚12.5mm的廢舊疊片電池經過放電后拆解，取出其中的正極片，經清洗后獲得69mm*139mm(高*寬)的正極片；
[0027](2)將正極片的四周密封后固定于電解槽中，在電解槽中加入由60%H3P04+40%C2H5OH體系溶液構成的電解液，使正極片浸泡在電解液中不少于1min，使其充分浸潤；
[0028](3)以正極片作為陽極、以對稱設置在正極片兩側的鉛板作為陰極，使正極片上涂覆有正極材料的端面正對著鉛板;將正極片中的鋁集流體通過導線與電源正極連接、將鉛板通過導線與電源負極連接，通電后進行電化學反應，與正極材料相接觸的界面處的鋁發生電解，而使鋁集流體分離出來;其中電化學反應的電流為40A/dm2、反應溫度為80°C、電解時間為3min;
[0029](4)粘附在鋁集流體上的正極材料脫落掉入電解液，得到整塊的鋁集流體，直接取下回收;再對電解液篩分得到正極材料。
[0030]實施例2
[0031]其電解設備如圖1所示，將正極片3置于裝有電解液7的電解槽I的正中間作為陽極，以對稱放置在正極片3的兩側的兩個鉛板2作為陰極，并使正極片3上涂覆有正極材料的端面正對著鉛板2;然后將正極片3中的鋁集流體4通過導線5與電源6的正極連接、將兩個鉛板2通過導線5與電源6的負極連接，通電后進行電化學反應，與正極材料相接觸的界面處的鋁發生電解，而使鋁集流體分離出來。
[0032]實施例3
[0033](I)將尺寸為寬89mm*高144mm*厚12.5mm的廢舊疊片電池經過放電后拆解，取出其中的正極片，經清洗后獲得69mm*139mm(高*寬)的正極片；
[0034](2)將正極片的四周密封后固定于電解槽中，在電解槽中加入由20%Na2C03+8%Na2Si03+2 % Na3PO3堿性水溶液構成的電解液，使正極片浸泡在電解液中不少于I Omin，使其充分浸潤；
[0035](3)以正極片作為陽極、以對稱設置在正極片兩側的鉛板作為陰極，使正極片上涂覆有正極材料的端面正對著鉛板;將正極片中的鋁集流體通過導線與電源正極連接、將鉛板通過導線與電源負極連接，通電后進行電化學反應，與正極材料相接觸的界面處的鋁發生電解，而使鋁集流體分離出來;其中電化學反應的電流為1A/dm2、反應溫度為95 °C、電解時間為1min;
[0036](4)粘附在鋁集流體上的正極材料脫落掉入電解液，得到整塊的鋁集流體，直接取下回收;再對電解液篩分得到正極材料。
【主權項】
1.一種電解分離廢舊鋰離子電池中正極材料與鋁集流體的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將廢舊鋰電池放電后拆解，取出其中的正極片，并將正極片用去離子水清洗干凈； (2)將正極片的四周密封后固定于電解槽中，在電解槽中加入電解液，使正極片充分浸潤； (3)以正極片作為陽極、鉛板作為陰極，將正極片中的鋁集流體通過導線與電源正極連接、將鉛板通過導線與電源負極連接，通電后進行電化學反應，與正極材料相接觸的界面處的鋁發生電解，而使鋁集流體分離出來； (4)粘附在鋁集流體上的正極材料脫落掉入電解液，得到鋁集流體，再對電解液篩分得到正極材料。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:將正極片設于電解槽的中間，在正極片的兩側對稱設置鉛板，且使正極片上涂覆有正極材料的端面正對著鉛板。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述電解液為磷酸電解液、堿性電解液、高氯酸電解液，硫酸電解液或氫氟酸電解液。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(3)中電化學反應的電流為10-40A/dm2、反應溫度為80-95° C、電解時間為3-10min。
【文檔編號】H01M10/0525GK106099234SQ201610658084
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月11日 公開號201610658084.7, CN 106099234 A, CN 106099234A, CN 201610658084, CN-A-106099234, CN106099234 A, CN106099234A, CN201610658084, CN201610658084.7
【發明人】歐陽浩淼, 李新峰, 王雙雙
【申請人】合肥國軒高科動力能源有限公司