一種分離廢舊鋰離子電池電極材料與集流體的方法
【專利摘要】一種分離廢舊鋰離子電池電極材料與集流體的方法，法包括以下步驟：(1)在電解槽中加水，再加入支持電解質(zhì)，所述支持電解質(zhì)為硝酸鹽或硫酸鹽；(2)將廢舊鋰離子電池電極片置于電解池兩極，所述電池電極片包括集流體與電極材料；(3)在電解池兩極加特征變化的電流電解10～100min；所述特征變化的電流是周期性變化的方波電流或三角波電流，電流密度大小1mA/cm2～500mA/cm2；(4)電解至電極材料從集流體表面脫落后，將集流體、電極材料從電解槽中取出，分離集流體與電極材料。本發(fā)明提供一種有效降低成本、提升分離效果、環(huán)保性良好的分離廢舊鋰離子電池電極材料與集流體的方法。
【專利說明】一種分離廢舊鋰離子電池電極材料與集流體的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于廢舊鋰離子電池的回收處理領(lǐng)域，具體涉及一種分離廢舊鋰離子電池電極材料與集流體的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]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(zhì)量輕、壽命長且無記憶性等諸多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于移動電話、筆記本電腦、照相機等便攜式電子設(shè)備及電動汽車中。廢舊鋰離子電池中通常含鈷、鎳、鋰、有機溶劑、塑料等材料，具有較高的回收再利用價值。此外，還含有六氟磷酸鋰等有毒物質(zhì)，會對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重污染，鈷、鎳、鋰、銅、鋁等金屬也會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Co、N1、Mn、L1、Cu、Al、電解液中有機溶劑等有價材料，減少對環(huán)境造成的污染，緩解資源匱乏等問題具有重要的社會和經(jīng)濟意義。
[0003]鋰離子電池一般包括以下部件:正極、負極、電解質(zhì)、隔膜、正極耳、負極耳、絕緣片、安全閥、中心端子、電池殼等，正負極用隔膜隔開后卷繞而成。正極含約88% (質(zhì)量分數(shù)，下同)的正極活性物質(zhì)，7%?8%的乙炔黑導(dǎo)電劑，3%?4%的有機粘結(jié)劑，主要成分是聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)等。正極材料涂布于20 μ m厚的鋁箔集流體上。負極含約90%的負極活性物質(zhì)碳素材料，4%?5%的乙炔黑導(dǎo)電劑，6%?7%的粘結(jié)劑，涂布于厚15 μm的銅箔集流體上。隔膜材料為多孔聚乙烯或聚丙烯。電解液由電解質(zhì)和有機溶劑組成，電解質(zhì)一般為lmol/L六氟磷酸鋰，有機溶劑為碳酸酯類。
[0004]對于廢舊鋰離子電池的回收處理，特別是分離廢舊鋰離子電池電極材料與集流體的方法，正處于摸索階段。如申請公布號為CN102208706A、CN102347521A、CN102403553A、CN101383441B等專利所涉及的廢舊鋰離子電池電極材料與集流體的分離方法，主要有三類:(1)通過有機溶劑溶解粘結(jié)劑，從而使電極材料從集流體表面脫落，該法不但容易帶來各種污染，而且有機溶劑價格高昂，難以實際應(yīng)用；(2)通過高溫加熱除碳、除粘結(jié)劑，從而使電極材料從集流體表面脫落，該法能耗大，且分離效果很差；(3)通過酸或堿溶解集流體，從而分離電極材料與集流體，該法破壞了集流體，且酸堿的使用會產(chǎn)生大量污染物。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服已有廢I日鋰離子電池電極材料與集流體的分離方式的成本高、分離效果較差、環(huán)保性較差的不足，本發(fā)明提供一種有效降低成本、提升分離效果、環(huán)保性良好的分離廢舊鋰離子電池電極材料與集流體的方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種分離廢舊鋰離子電池電極材料與集流體的方法，所述方法包括以下步驟:
[0008](I)在電解槽中加水，再加入支持電解質(zhì)，所述支持電解質(zhì)為硝酸鹽或硫酸鹽；
[0009](2)將廢舊鋰離子電池電極片置于電解池兩極，所述電池電極片包括集流體與電極材料；
[0010](3)在電解池兩極加特征變化的電流電解10?10min ;所述特征變化的電流是周期性變化的方波電流或三角波電流，電流密度大小ImA/cm2?500mA/cm2;
[0011](4)電解至電極材料從集流體表面脫落后，將集流體、電極材料從電解槽中取出，分離集流體與電極材料。
[0012]進一步，所述步驟(4)中，分離的方法采用振動篩篩分、浮選分離或超聲振蕩。
[0013]再進一步，所述廢舊鋰離子電池電極片為正極片或負極片，大小為0.1cm2?400cm2;所述負極片包括Cu集流體與負極材料，所述正極片包括Al集流體與正極材料。
[0014]所述電極材料包括電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。
[0015]本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:有效降低成本、提升分離效果、環(huán)保性良好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是電解時可采用的方波電流的Ι-t圖。
[0017]圖2是電解時可采用的三角波電流的Ι-t圖。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0019]參照圖1和圖2，一種分離廢舊鋰離子電池電極材料與集流體的方法，所述方法包括以下步驟:
[0020](I)在電解槽中加水，再加入支持電解質(zhì)，所述支持電解質(zhì)為硝酸鹽或硫酸鹽。
[0021](2)將廢舊鋰離子電池電極片置于電解池兩極，所述電池電極片包括集流體與電極材料；
[0022](3)在電解池兩極加特征變化的電流電解10?10min ;所述特征變化的電流是周期性變化的方波電流或三角波電流，電流密度大小ImA/cm2?500mA/cm2;
[0023](4)電解至電極材料從集流體表面脫落后，將集流體、電極材料從電解槽中取出，分離集流體與電極材料。
[0024]進一步，所述步驟(4)中，分離的方法采用振動篩篩分、浮選分離或超聲振蕩。
[0025]再進一步，所述廢舊鋰離子電池電極片為正極片或負極片，大小為0.1cm2?400cm2;所述負極片包括Cu集流體與負極材料，所述正極片包括Al集流體與正極材料。
[0026]所述電極材料包括電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。
[0027]所述支持電解質(zhì)為他404或KNO 3，當(dāng)然，也可以為其他硝酸鹽或硫酸鹽。
[0028]實例1:在電解槽中加水，再加入Na2SO4至飽和；取兩片電池負極片(含Cu集流體與負極材料)，稱得兩電極片質(zhì)量均為1.lg，大小為0.1cm2;將所取電池負極片置于電解池兩極，加如圖1所示方波電流進行電解，控制銅集流體表面電流密度大小為-30mA/cm2?+30mA/cm2，電解1min后，電極材料基本完全從集流體表面脫落，將集流體、電極材料從電解槽中取出，用振動篩篩分，分離集流體與電極材料。所述電極材料包括電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。
[0029]集流體回收率為88%，電極材料回收率為99%。
[0030]實例2:在電解槽中加水，再加入KNO3至飽和；取兩片電池負極片(含Cu集流體與負極材料)，稱得兩電極片質(zhì)量均為1.3g，大小為1cm2;將所取電池負極片置于電解池兩極，加如圖2所示三角波電流進行電解，控制銅集流體表面電流密度大小為-100mA/cm2?+100mA/cm2,電解10min后，電極材料基本完全從集流體表面脫落，將集流體、電極材料從電解槽中取出，用浮選分離，分離集流體與電極材料。所述電極材料包括電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。
[0031]集流體回收率為92%，電極材料回收率為98%。
[0032]實例3:在電解槽中加水，再加入Na2SO4至飽和；取兩片電池正極片(含Al集流體與正極材料)，稱得兩電極片質(zhì)量分別為0.54g、0.56g，大小為10cm2;將所取電池正極片置于電解池兩極，加如圖2所示鋸齒形電流進行電解，控制銅集流體表面電流密度大小變化區(qū)間為-lA/cm2?+ImA/cm2，電解20min后，電極材料基本完全從集流體表面脫落，將集流體、電極材料從電解槽中取出，超聲震蕩并機械攪拌lOmin，再用浮選法分離集流體與電極材料。所述電極材料包括電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。
[0033]集流體回收率為82%，電極材料回收率為95%。
[0034]實例4:在電解槽中加水，再加入Na2SO4至飽和；取兩片電池正極片(含Al集流體與正極材料)，稱得兩電極片質(zhì)量分別為0.54g、0.56g，大小為400cm2;將所取電池正極片置于電解池兩極，加如圖1所示方波電流進行電解，控制銅集流體表面電流密度大小變化區(qū)間為-500A/cm2?+500mA/cm2，電解10min后，電極材料基本完全從集流體表面脫落，將集流體、電極材料從電解槽中取出，超聲震蕩并機械攪拌5min，再用浮選法分離集流體與電極材料。所述電極材料包括電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。
[0035]集流體回收率為89%，電極材料回收率為94%。
【權(quán)利要求】
1.一種分離廢丨日鋰離子電池電極材料與集流體的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)在電解槽中加水，再加入支持電解質(zhì)，所述支持電解質(zhì)為硝酸鹽或硫酸鹽； (2)將廢舊鋰離子電池電極片置于電解池兩極，所述電池電極片包括集流體與電極材料； (3)在電解池兩極加特征變化的電流電解10?10min;所述特征變化的電流是周期性變化的方波電流或三角波電流，電流密度大小ImA/cm2?500mA/cm2; (4)電解至電極材料從集流體表面脫落后，將集流體、電極材料從電解槽中取出，分離集流體與電極材料。
2.如權(quán)利要求1所述的分離廢舊鋰離子電池電極材料與集流體的方法，其特征在于:所述步驟(4)中，分離的方法采用振動篩篩分、浮選分離或超聲振蕩。
3.如權(quán)利要求1或2所述的分離廢舊鋰離子電池電極材料與集流體的方法，其特征在于:所述廢舊鋰離子電池電極片為正極片或負極片，大小為0.1cm2?400cm2;所述負極片包括Cu集流體與負極材料，所述正極片包括Al集流體與正極材料。
4.如權(quán)利要求1或2所述的分離廢舊鋰離子電池電極材料與集流體的方法，其特征在于:所述電極材料包括電極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。
【文檔編號】H01M10/54GK104485492SQ201410722580
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】蔣力, 高云芳, 林煒, 章嘉純, 朱云, 羅威, 李德鵬, 徐羚 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)