[發(fā)明專利]一種以等離子體技術(shù)回收三元電池正極材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810025912.2
• 申請(qǐng)日: 2018-01-03
• 公開（公告）號(hào): CN108199107B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷衡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 殷衡
• 主分類號(hào): H01M10/54
• 分類號(hào): H01M10/54
• 代理公司: 深圳盛德大業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44333
• 代理人: 賈振勇

本發(fā)明涉及鋰離子電池資源化利用領(lǐng)域，具體為一種以等離子體技術(shù)回收三元電池正極材料的方法：將廢舊電池兩極通過導(dǎo)線與電阻負(fù)載相連放電；然后在密閉干燥的環(huán)境中剝離電池金屬外殼，取出三元電池的正極片；以2200～2600W功率的電流激發(fā)空氣產(chǎn)生等離子體，并以80～110mm/s的速度掃過三元電池正極片表面；正極材料中的有機(jī)粘結(jié)劑及乙炔黑導(dǎo)電劑將轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)而脫除，正極活性材料從正極片表面剔除，最終得到正極活性材料及鋁箔片；產(chǎn)生的氣體用石灰漿或是鈣鹽溶液吸收，以防止產(chǎn)生氟化氫氣體造成二次污染。本發(fā)明能夠高效地回收三元電池正極材料中的鈷、鎳、錳、鋰及鋁箔集流體，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢舊三元電池的資源化利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池資源化利用領(lǐng)域，具體為一種以等離子體技術(shù)回收三元電池正極材料的方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池自20世紀(jì)末實(shí)現(xiàn)商業(yè)化以來(lái)，其以具有能量密度大、質(zhì)量輕、壽命長(zhǎng)且無(wú)記憶性等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、筆記本電腦、照相機(jī)等便攜式電子設(shè)備及電動(dòng)汽車中。鎳鈷錳酸鋰三元及多元正極材料作為一種新型電池正極材料，以其特有的低成本、高性能、輕污染等優(yōu)點(diǎn)已逐步取代鈷酸鋰正極材料，被認(rèn)為是鋰離子電池正極材料重點(diǎn)發(fā)展的產(chǎn)品之一。

目前國(guó)內(nèi)外企業(yè)越來(lái)越重視對(duì)三元正極材料的研究開發(fā)，且其生產(chǎn)與應(yīng)用已達(dá)到一定規(guī)模。廢舊三元正極材料鋰離子電池中通常含鈷5％～20％、鎳5％～10％、鋰5％～7％、有機(jī)溶劑 15％、塑料7％，具有較高的回收再利用價(jià)值。此外，還含有六氟磷酸鋰等有毒物質(zhì)，會(huì)對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重污染，鈷、鎳、錳、鋰、銅、鋁等金屬也會(huì)通過生物放大危害人類自身。

隨著鋰離子電池應(yīng)用日趨廣泛，回收鋰離子電池中的鈷、鎳、錳、鋰、銅、鋁、電解液中有機(jī)溶劑等有價(jià)材料，減少對(duì)環(huán)境造成的污染，緩解資源匱乏等問題具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了回收三元電池正極材料中的鈷、鎳、錳、鋰及鋁箔集流體，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢舊三元電池的資源化利用。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

(1)將廢舊電池的兩極通過導(dǎo)線與電阻負(fù)載相連，用萬(wàn)用表測(cè)量開路電壓控制放電結(jié)果。

(2)電池放完電后，需在密閉干燥的環(huán)境中剝離電池金屬外殼(防止六氟磷酸鋰電解質(zhì)水解產(chǎn)生有毒氣體氟化氫)，并取出三元電池的正極片。

(3)以2200～2600W功率的電流激發(fā)空氣產(chǎn)生等離子體，并以80～110mm/s的速度掃過三元電池正極片表面。等離子體所攜帶的大量活性粒子(如離子、電子、激發(fā)態(tài)的原子及自由基等)足以分解正極材料中的有機(jī)粘結(jié)劑(PVDF及PTFE)，并將正極材料中的乙炔黑導(dǎo)電劑氧化為二氧化碳?xì)怏w。該過程實(shí)現(xiàn)了對(duì)正極活性材料提純的目的。

(4)同時(shí)，空氣所激發(fā)的等離子體所攜帶的能量被覆蓋在正極表面的材料所吸收，大量的能量吸使得正極材料被激發(fā)形成了急劇膨脹的新等離子體而產(chǎn)生沖擊波，沖擊波使得正極材料從正極片表面被剔除。該過程實(shí)現(xiàn)了對(duì)正極活性材料(LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂、LiNi_0.4Co_0.4Mn_0.2O₂以及LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂或者LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂)及鋁箔片分別回收的目的。

(5)將上述過程中產(chǎn)生的氣體用石灰漿或是鈣鹽溶液吸收，以防止有機(jī)粘結(jié)劑分解產(chǎn)生的氟化氫氣體造成二次污染。

其中：通過導(dǎo)線將電池兩級(jí)與電阻負(fù)載相連以實(shí)現(xiàn)放電目的。

其中：通過萬(wàn)用表測(cè)量開路電流來(lái)控制放電結(jié)果。