[發明專利]一種廢舊動力磷酸鐵鋰電池環保回收示范工藝方法

有效

• 申請號: 201410069334.4
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN103825064A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 紀常偉;趙煜娟;孫玉成;原誠寅;楊槐;于洋;周玉坤;張濤;曹南海
• 申請（專利權）人: 北京工業大學;北京普萊德新能源電池科技有限公司
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54;C22B7/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于動力鋰離子電池的回收技術領域，尤其涉及廢舊磷酸鐵鋰鋼殼、鋁殼以及軟包電池系統的回收工藝和各部分再生以及回收處理。

背景技術

隨著電動汽車行業的快速發展，動力電池的應用也隨之有了更廣闊的空間。鋰離子電池因為其能量密度高，體積小，質量輕而受到廣泛的關注；磷酸鐵鋰（LiFePO₄）材料因為有較好的安全性，很好的放電平臺，在動力電池領域的使用也越來越多。目前第一代的電動汽車或者混合動力車上的電池已經更新換代，廢舊電池的增長也會經歷一個快速的過程，換掉的廢舊電池如何處理也是行業內研究者即將要面臨的問題。

動力電池的生產成本高，體積也比較大，雖然LiFePO₄對環境的危害要小于其他的正極材料，但是隨著淘汰量增加，加上電池中的有機溶劑和電解質不做處理的話就會污染大氣危害人體健康，處理不當甚至會引起火災，因此基于經濟、環保和安全考慮對廢舊電池進行無害化處理是必須的。目前有很多文獻和專利報道了對鋰離子電池的回收使用機械破碎的方法再提純利用，這對小型電池而言是比較方便的，但是對于大電池來講，直接機械破碎會給后續處理帶來很大的不便。

國內外的研究者對這類電池的前處理和回收從實驗的角度已經有較多的研究。例如中國專利申請CN101212074A公布的“一種鋰離子電池正極材料的回收方法”將電池機械分解，極片取出后放入有機物或者水中浸泡，得到集流體和活性物質，通過過濾等方式將金屬集流體取出。另外一個中國專利CN102664294A公布的“廢舊磷酸鐵鋰電池的回收方法”將電芯粉碎，用氫氧化鈉溶液浸泡，過濾、洗滌得到純凈的銅、鋁、隔膜。對于動力硬殼電池的拆解為了保證外殼不變形，又不會產生很大的熱量引起電池內部有機物的分解燃燒，目前還沒有一個合適的處理及打開方法。對所得到材料的處理也已經有了很多的研究，例如有專利CN101847763A公布的“一種廢舊磷酸鐵鋰電池綜合回收方法”用有機溶劑將電芯碎片上的粘結劑溶解，篩分得到磷酸鐵鋰材料和潔凈的鋁、銅，將磷酸鐵鋰溶解后用硫化鈉除去其中的銅離子，并用NaOH溶液或氨水使溶液中的鐵、鋰、磷離子形成沉淀，并在沉淀物中加入鐵源、鋰源和磷源化合物調整鐵、鋰、磷的摩爾比，最后加入碳源，經過球磨煅燒后得到新的正極材料。

目前磷酸鐵鋰動力電池的安全處理和材料回收還只是在實驗室研究階段，而且是部分的研究，完整的可工業化的工藝路線暫時還沒有。磷酸鐵鋰回收要在行業內推廣開來，必須用一套系統完整的、環保的、可靠的工藝流程和設備來對電池進行前處理，對材料進行再生或者回收。這對產業化的發展是有利的。

發明內容

本發明的目的在于提供一套較為系統的動力電池回收示范工藝。

本發明的示范工藝，關鍵在于包括如下步驟：

a)將電池進行安全放電處理，放完電后做好標識；

b)放完電的電池進行電解液置換，硬殼電池打開電池防爆閥連接真空裝置或者軟包電池通過加管處理連接真空裝置；

c)用真空裝置將電池內廢舊電解液抽出，再加入置換液靜置，再用真空裝置抽出電池內部置換液；

d)將步驟c)所得的廢舊電解液或/和抽出的置換液進行蒸餾，得到輕組分重新用于c)步驟電解液置換；重餾分加入無害化處理劑處理；

e)采用冷切割方法將電池沿頂部切割開，打開電池；

f)取出內部電芯，得到殼體以及PP板的附件，回收利用；

g)將電芯使用反卷繞機構進行拆卷，分為正極、負極、隔膜，其中隔膜清洗后回收利用；

h)步驟g)得到的正極、負極分別通過超聲分離得到相應的正極粉料、負極粉料以及銅箔、鋁箔，其中銅箔、鋁箔直接回收利用；

i)步驟h)中得到的正極粉料經過600-900℃（優選800℃）高溫處理后重復利用，用來做成電池；或者對材料進行補鋰，來提高容量。

或者對步驟h)中的正極粉料溶解，通過沉淀回收Fe元素，再加入碳酸鈉進行熱濃縮得到Li₂CO₃沉淀從而回收Li元素。

步驟d）中的置換液可選自溶劑DMC或者乙醇。

步驟e)中所采用的冷切割方法為水刀切割或者是帶鋸切割。