[發(fā)明專利]采用低共熔溶劑分離廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211088095.8
• 申請(qǐng)日: 2022-09-07
• 公開（公告）號(hào): CN115395122A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王海鋒;牛家慧;郝娟;張真興;何亞群;張光文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/54
• 分類號(hào): H01M10/54;H01M10/0525
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

本發(fā)明提供了一種采用低共熔溶劑分離廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法，屬于鋰離子電池回收技術(shù)領(lǐng)域。將氯化膽堿、木糖醇和去離子水按摩爾比混合后先加熱再冷卻至室溫配置成低共熔溶劑；破碎廢舊鋰離子電池的正極電極材料；將正極電極片破碎物料與配置好的低共熔溶劑混合后加熱處理，破壞粘結(jié)劑后分離出正極材料顆粒和鋁箔，經(jīng)篩分、過濾，得到正極材料顆粒、鋁箔和低共熔溶劑濾液。該方法剝離效率高，正極材料顆粒保持完整，有利于再生利用，采用的低共熔溶劑不產(chǎn)生污染，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，能夠充分的脫除粘結(jié)劑，應(yīng)用前景廣泛。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池回收技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于一種采用低共熔溶劑分離廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池通常由正極、負(fù)極、隔膜、電解液以及外殼等其他包裝組件構(gòu)成。廢舊鋰離子電池正極材料中存在著大量的貴重金屬元素 ，具有極高的回收價(jià)值。有機(jī)粘結(jié)劑聚偏氟乙烯是一種半結(jié)晶聚合物，其重復(fù)單元為-（CH₂CF₂）_n-，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、良好的耐化學(xué)性和熱穩(wěn)定性以及優(yōu)異的耐老化性和抗腐蝕性，不易被酸、堿和強(qiáng)氧化劑等分解，這些特征在實(shí)際化學(xué)應(yīng)用中具有良好的表現(xiàn)。聚偏氟乙烯的強(qiáng)大的粘結(jié)能力及其高穩(wěn)定性嚴(yán)重阻礙了正極材料從廢舊鋰離子電池鋁箔中的分離。

為了實(shí)現(xiàn)正極材料與鋁箔的有效分離，方便后續(xù)的回收處理，在現(xiàn)有的分離方法中主要有火法冶金、濕法冶金、火法焙燒—濕法冶金聯(lián)合法。具體而言，火法冶金工藝在處理廢舊鋰離子電池時(shí)通常需要1500 °C的高溫，不僅會(huì)消耗大量的能量并且產(chǎn)生HF的有害氣體，還會(huì)破壞正極材料中的晶體結(jié)構(gòu)；在濕法冶金工藝中會(huì)使用強(qiáng)酸，包括鹽酸、硫酸、硝酸等，大量的無(wú)機(jī)強(qiáng)酸會(huì)腐蝕設(shè)備不僅會(huì)產(chǎn)生大量的廢液，造成環(huán)境的污染，還會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的回收過程變得更加復(fù)雜。相比之下，聚偏氟乙烯的溶劑溶解或可能是回收正極材料的最佳選擇，這樣不僅可以回收完整的正極材料顆粒，鋁箔也可以完整干凈的回收，大幅度降低廢舊鋰離子電池的回收高成本。

目前通常使用的有機(jī)溶解劑的高價(jià)和微毒性增加了環(huán)境污染和回收成本，極大程度上限制了工業(yè)應(yīng)用，正極材料表面的有機(jī)粘結(jié)劑具有很強(qiáng)的吸電子能力和極強(qiáng)的鍵合能力；近幾年來(lái)提出了使用離子液體對(duì)廢舊鋰離子電池正極材料進(jìn)行回收，雖然環(huán)保低毒但是價(jià)格昂貴，限制了其應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)的不足之處，提供一種采用低共熔溶劑分離廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法，如何快速去除正極材料與鋁箔之間的粘結(jié)劑，能夠無(wú)毒、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的回收廢舊鋰離子電池正極材料。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的一種采用低共熔溶劑分離廢舊鋰離子電池正極材料的回收方法，步驟為：將氯化膽堿、木糖醇和去離子水按摩爾比混合，之后先加熱在冷卻至室溫，從而配置得用以脫除粘結(jié)劑的低共熔溶劑；從廢舊鋰離子電池中拆解出廢舊的正電極材料；粉碎正電極材料后加入低共熔溶劑混合后加熱處理，從而充分脫除正電極材料與鋁箔之間的粘結(jié)劑，分離出正電極材料顆粒和鋁箔，再經(jīng)篩分、過濾，將正極材料顆粒、鋁箔和低共熔溶劑濾液分離；低共熔溶劑濾液再生循環(huán)利用。

具體步驟如下：

將氯化膽堿、木糖醇和去離子水按摩爾比1:1:13—3:1:13進(jìn)行混合配比，之后將混合物加熱處理，再冷卻至室溫，從而配置成低共熔溶劑；

將廢舊鋰離子電池進(jìn)行拆解并分選處理后，分選出需要回收的廢舊鋰離子電池正電極材料；

對(duì)廢舊鋰離子電池正電極材料進(jìn)行剪切破碎處理；

將破碎后正電極材料與配置好的低共熔溶劑混合后進(jìn)行加熱處理從而脫除電池正電極材料中的粘結(jié)劑，電池正電極材料與低共熔溶劑的固液比為：4:1 g/L—16:1 g/L，低共熔溶劑提供了大量的強(qiáng)健能的氫鍵，破壞了正電極材料中有機(jī)粘結(jié)劑聚偏氟乙烯的單位結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致聚偏氟乙烯中的氟離子與其他供給電子基團(tuán)所形成的的氫鍵斷裂，形成新的化學(xué)鍵，致使正電極材料中的粘結(jié)劑失活后正極材料與鋁箔分離；