[發(fā)明專利]一種廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料與集流體的剝離方法

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• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107240732A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設計）人: 陸穎舟;趙翔宇
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發(fā)明涉及一種廢舊磷酸鐵鋰電池正極片的正極材料和集流體的高效分離方法，并可作為廢舊磷酸鐵鋰電池的鑒別和分選方法，屬于資源再生技術領域。

背景技術

鋰離子電池自20世紀末實現(xiàn)商業(yè)化以來，其以具有能量密度大、質量輕、壽命長且無記憶性等諸多優(yōu)點，被廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、照相機等便攜式電子設備之中。而隨著電動汽車行業(yè)的發(fā)展，鋰電池有了更大的應用空間。鋰電池主要依據(jù)正極材料所用的鋰化合物種類來分類，常用的鋰化合物有磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰和三元鋰等。

從2014年開始，作為治理城市霧霾的綜合手段之一，中國大力推廣電動汽車以減少城市燃油汽車的增長量。2016年，國內新能源汽車搭載電池總量達28Gwh，其中，磷酸鐵鋰電池搭載量20GWh，占比高達73％。一般而言，鋰離子電池循環(huán)壽命在400-2000次之間，報廢年限約為3-5年，因此，預計在2018年后，國內會出現(xiàn)大量由電動汽車報廢的磷酸鐵鋰電池。

磷酸鐵鋰的正極材料由磷酸鐵鋰、碳粉和PVDF構成，其中，磷酸鐵鋰和碳粉是電化學過程的有效成分，而PVDF是粘結劑，起到將前兩種物質粘附在集流體上的作用。在PVDF的粘結作用下，磷酸鐵鋰、碳粉和PVDF形成了薄膜形態(tài)，然后和集流體結合在一起構成了電池的正極片，集流體一般采用鋁箔。鋰電池回收再生技術的核心是對其正極片上金屬元素的回收利用，而難點在于正極材料和集流體的高效分離。目前，研究報道中的正極材料和集流體的分離技術主要有酸浸、堿浸、破碎篩分、溶劑浸泡和高溫熱處理等方法。

CN200910304134公開了一種廢舊鋰電池正極活性材料的高效浸出工藝，采用酸浸法，采用強酸溶液，將正極材料和集流體(鋁箔)一齊酸溶浸出，然后再通過萃取、沉淀等方法分離出有價值的金屬元素。CN201610832665公開了一種廢舊鋰電池回收行業(yè)強堿溶液的回收利用方法，用強堿先將集流體溶解，使正極材料從鋁箔上分離，然后溶液過濾后得到正極材料。CN201610314509公開了一種廢舊鋰電池全組分物料分離收集裝置及方法，采用機械破碎的方法，將廢舊電池破解成顆粒，在碾壓破碎的過程中，正極材料和集流體在破碎刀片的剪切和顆粒與碎片之間相互摩擦的共同作用下而分離，然后再通過風選、篩分等后續(xù)分離步驟將二者分離收集。CN201610702159公開了一種廢舊鋰電池的回收方法，采用溶劑浸泡法，選擇合適的有機溶劑將PVDF溶解，從而使正極材料從鋁箔上剝離。CN201210251559公開了一種過熱水蒸氣清潔分離廢舊鋰離子電池正極材料的方法，CN201110314470公開了一種從廢舊鋰電池回收單質態(tài)金屬的方法，兩者均采用高溫處理法，將鋰電池正極加熱到300-600℃之間，使PVDF的粘結性在高溫下大大降低甚至熱解破壞，從而使正極材料和集流體分離。

上述方法都存在缺點，酸浸和堿浸法存在流程復雜、有價金屬回收率低、酸堿使用量大等問題，并且在處理過程中引入大量雜質離子，二次污染嚴重。破碎篩分法在單獨使用時，分離不徹底，效果較差。有機溶劑浸泡法成本高，并且產生大量廢有機溶液，對環(huán)境污染嚴重。高溫熱處理法操作溫度高，能耗大，對設備的耐壓耐熱性能有特殊要求。因此，建立一種操作簡便、條件溫和、操作成本低廉和環(huán)境友好的正極材料與集流體的高效分離方法，對于廢舊磷酸鐵鋰鋰電池的再生利用具有重要的價值。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中磷酸鐵鋰電池正極材料與集流體的分離問題，提出了一種簡單、有效、環(huán)境友好的分離方法。

本發(fā)明所提出的方法適用于磷酸鐵鋰電池，對于鈷酸鋰、錳酸鋰及三元鋰電池的正極片沒有分離效果，因此，也可以用于廢舊鋰電池中磷酸鐵鋰電池的鑒別和篩選。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料與集流體的剝離方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)機械物理方法剝去電池外殼，取出電芯，人工分離正極、負極和塑料隔膜；

(2)用熱介質加熱正極片；保證正極片溫度在60-95℃之間的時間不少于3分鐘。

(3)如果采用(2)步驟一次后，正極材料和集流體未完全分離，重復(2)步驟1-3次，正極材料和集流體完全分離。

一種廢舊磷酸鐵鋰電池正極材料與集流體的剝離方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)機械物理方法剝去電池外殼，取出電芯，人工分離正極、負極和塑料隔膜；

(2)用熱介質加熱正極片；保證正極片溫度在60-95℃之間的時間不少于3分鐘。