專利名稱：用于回收電池構成組件的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于回收電池構成組件的方法和裝置。本發(fā)明尤其涉及能有效地使電池構成組件相互分離并有效回收這些組件的方法和裝置。
近來，由于增加的大氣CO2量，已預計由所謂溫室效應引起的全球變暖。為防止此變暖現(xiàn)象進一步發(fā)展，趨于禁止建造把燃燒礦物燃料或類似物獲得的熱能轉化成電能的新熱電廠，熱電廠會排放大量CO2。
在這種情況下，為有效利用電能，建議實行負載調整。負載調整包括在公共地方設置可充電電池，用來存儲夜間未使用的過剩電能，稱作剩余電能。由此存儲的電能在電能需求增加的白天使用，根據發(fā)電調整負載需求。
另外，存在日益增加的對開發(fā)用于電動汽車、具有高能量密度的高性能可充電電池的社會需求，電動汽車不排放如COx、NOx、CH等的空氣污染物質。進一步增加的社會需求是開發(fā)小型化、重量輕、高性能可充電電池，用作如小型個人計算機、文字處理器、攝像機和便攜式電話這樣的便攜式儀器的電源。
對包括用于上述用途的可充電電池的電池來說，已研制出所謂鎳-金屬氫化物電池和可充電鋰離子電池。
這種鎳-金屬氫化物電池是可充電電池，其中，能在其中存儲氫離子的存儲(吸收)氫的合金用作陽極的陽極活性材料并利用氫離子進出陽極活性材料的性能。在稀土金屬混合物用作陽極活性材料的儲氫合金的情況下，通常通過使用樹脂粘合劑把粉狀稀土金屬混合物固定到陽極集電器上來形成陽極。通常通過用鎳氫氧化物(具體地，氫氧化鎳)充滿多孔鎳材料來形成陰極。
作為這種可充電鋰離子電池的典型例子，已知搖擺椅式鋰離子電池，其中如石墨的含碳材料用作陽極活性材料，嵌有鋰離子的嵌入化合物用作陰極活性材料，并且充電時在電池反應中鋰離子嵌入碳原子形成的六元網面中存儲。通常通過使用樹脂粘合劑把含碳材料固定在給定金屬箔構成的陽極集電器上來形成鋰離子電池的陽極。通常通過使用樹脂粘合劑把由作為陰極活性材料的粉狀過渡金屬化合物的氧化物和含非晶碳材料的導電助劑構成的混合物固定在給定金屬箔構成的陰極集電器上來形成鋰離子電池的陰極。
順便提及，這些電池目前已特別用在各種便攜式裝置中，并認為隨著新的便攜式裝置的開發(fā)，它們的消耗將進一步增加。因此，對用過的電池，不僅由于環(huán)境保護，而且就將來期望開發(fā)新的充電電池，使它們能用于電動汽車、負載調節(jié)器、電能存儲或類似情況的觀點而論，對回收它們并再循環(huán)它們的元件的社會需要在將來將進一步增加。
然而，對鎳-金屬氫化物電池和可充電鋰離子電池，特別是為使它們有穩(wěn)定的性能，通過把陽極或陰極活性材料牢固地固定到相應的集電器來形成各個電極(陽極和陰極)，由此，通過從集電器分離來回收這些活性材料不易實施。鑒于此，日益增加的需要是提供一種方法，該方法能有效地使活性材料與集電器分離，從而理想地回收它們。
本發(fā)明目的是提供在使活性材料與集電器分離的同時能有效回收電池的構成組件的方法和裝置，該電池具有在集電器上形成的活性材料層構成的電極。
本發(fā)明的另一目的是提供用于回收電池構成組件的回收方法，該電池至少具有相反的電極組件，電極組件含有在集電器上形成的活性材料層，電極組件裝配在電池殼中并密封在其中，所述方法包括如下步驟打開電池的電池殼，從電池殼中至少取出電極組件，把電極組件分成單個，以及至少通過冷卻或優(yōu)選通過快速冷卻對所分開的每個電極組件進行熱沖擊，從而對兩個電極組件的每個使活性材料層與集電器分離。
本發(fā)明的另一目的是提供用于回收電池構成組件的回收裝置，該電池至少含有相反的電極組件，電極組件含有在集電器上形成的活性材料層，電極組件裝配在電池殼中，同時密封在其中，所述回收裝置至少包括用于打開電池的電池殼的裝置，用于從電池殼中取出電極組件并沖洗它們的裝置，用于把電極組件分成單個的裝置，以及至少通過冷卻或優(yōu)選通過快速冷卻對兩個電極組件的每個進行熱沖擊的裝置，其中對每個電極組件使活性材料層與集電器分離。


圖1是示意流程圖，示意說明根據本發(fā)明的用于回收電池組件的回收方法的主要部分的一個例子。
圖2(a)-2(c)是示意橫截面圖，示意說明在本發(fā)明中用于回收電池組件的回收方法的一個實施例，其中，對于含有在集電器上形成的活性材料層的電極(陽極或陰極)，在所述電極中摻入液體材料(具有當固化時使體積膨脹的特性)，以填充在所述電極中存在的孔，使電極的孔中包含的液體材料經受體積膨脹，從而把活性材料層與集電器分離。
圖3是示意圖，示意說明用于把液體材料(具有當固化時使體積膨脹的特性)填充在電極的孔中的裝置的例子的結構，電極含有在集電器上形成的活性材料層，所述裝置是本發(fā)明中用于回收電池組件的回收裝置的一部分。
圖4是示意說明其組件在本發(fā)明中回收的電池的例子的基本構成的示意橫截面圖。
圖5是示意說明硬幣形狀電池的例子的示意橫截面圖。
圖6是示意說明螺旋卷繞圓柱形電池的例子的示意圖。
圖7是示意說明棱柱形電池的例子的透視圖。
如上所述，本發(fā)明提供用于回收電池構成組件的回收方法，該電池至少包括相反的電極組件(陽極組件和陰極組件)，每個電極組件包括在集電器上形成的活性材料層，電極組件裝配在電池殼中并密封在其中，所述方法包括如下步驟打開電池的電池殼，從電池殼中至少取出電極組件，把電極組件分成單個，以及通過冷卻或優(yōu)選通過快速冷卻對由此分開的每個電極組件進行熱沖擊，從而對每個電極組件使活性材料層與集電器分離。
根據本發(fā)明的回收方法，對于每個電極組件，能容易地把活性材料層的活性材料與集電器分離，而不破壞活性材料，在此能有效并理想地回收活性材料層的活性材料和電極組件的集電器。由此回收的這些組件能有效地再循環(huán)用于電池制造。
在根據本發(fā)明的回收方法中，在從集電器分離和除去活性材料層時，除了熱能外還能采用沖擊能或振動能。這樣，簡化從集電器分離活性材料層。
在本發(fā)明中通過冷卻熱沖擊指僅通過冷卻(優(yōu)選地，通過快速冷卻)或通過冷卻(優(yōu)選地，快速冷卻)和加熱的結合對材料的所謂收縮-膨脹處理。冷卻能一次進行或重復幾次。同樣地，加熱也可一次進行或重復幾次。
另外，在本發(fā)明的回收方法中，優(yōu)選在至少包含在集電器上形成的活性材料層的電極組件中存在的孔中充滿液體材料，該液體材料具有固化時使體積膨脹的特性，隨后進行冷卻或優(yōu)選地進行快速冷卻，在此使電極組件的孔中包含的液體材料固化膨脹，結果由于液體材料的膨脹，活性材料層破裂。據此，活性材料層的活性材料可容易地從集電器剝離并分開。此時期望進行冷卻(快速冷卻)使電極組件的孔中含有的液體材料冷卻到低于液體材料固化溫度的溫度。在電極組件的孔中含有的液體材料快速冷卻到低于液體材料固化溫度的溫度情況下，更進一步促進活性材料層從集電器剝離和分離。
液體材料可含表面活性劑。此時，改善液體材料對活性材料層的潤溫性，使液體材料理想地侵入活性材料層每個孔的最里面，結果，液體材料充分充滿電極組件的孔中。
如上所述，本發(fā)明回收方法目的在于從集電器剝離并分開活性材料層(形成在集電器上)。因此，本發(fā)明回收方法能有效回收電池的構成組件，無論它是原電池還是二次(可充電)電池，只要它具有活性材料層形成在集電器上的結構。
如前所述，本發(fā)明包括用于回收電池構成組件的回收裝置，該電池至少包括相反的電極組件(陽極組件和阻極組件)，每個電極組件包含在集電器上形成的活性材料層，電極組件裝配在電池殼中并密封在其中，所述回收裝置至少包括用于打開電池的電池殼的裝置，用于從電池殼中取出電極組件并沖洗它們的裝置，用于把電極組件分成單個的裝置，以及至少通過冷卻(優(yōu)選地，通過快速冷卻)對兩個電極組件的每個進行熱沖擊的裝置，其中對于每個電極組件，活性材料層充分并有效地從集電器分離。
對于每個電極組件，本發(fā)明回收裝置能容易地從集電器分離活性材料層的活性材料，而不損壞活性材料，在此能有效并理想地回收活性材料層的活性材料和兩個電極組件的集電器。由此回收的這些組件能有效地再循環(huán)，用于電池制造。
在本發(fā)明回收裝置中，用于對電極組件提供熱沖擊的裝置可帶有至少能迅速加熱電極組件的裝置。這樣，能理想地增加作用于電極組件的熱沖擊幅度，能促進陽極活性材料層從陰極分離。
本發(fā)明回收裝置可設置有在這些電極組件分開成單個后把液體材料(具有當固化時使體積膨脹的特性)充滿在每個電極組件(每個包含在集電器上形成的活性材料層)的孔中的裝置，及用于把摻有液體材料的每個電極組件迅速冷卻到低于液體材料固化溫度的溫度的裝置。這樣，對于每個電極組件，能進一步促進活性材料層從集電器分離。
用于用液體材料充滿電極組件的孔的裝置可至少包括用于在其中容納電極組件和液體材料的容器，以及用于降低容器內壓的排氣裝置。這樣，液體材料能侵入電極組件的活性材料層中存在的孔的最里面，使孔中充分充滿液體材料。據此，極大地促進活性材料層的活性材料通過固化液體材料從集電器分離。
用于在其中容納電極組件和液體材料的容器可設置有用于從含有液體材料的儲存器中提供液體材料給容器并從容器中返回液體材料給儲存器的裝置。這樣，液體材料能被循環(huán)。
下面將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明。
圖4是示意說明電池的一個例子的基本構成的示意橫截面圖，該電池的構成組件在本發(fā)明中回收。
在圖4所示的電池中，包含隔板203(含有電解質)的組合體由電池殼204(或電池容器)密封，隔板203夾在陽極201和陰極202之間，陽極201包含在陽極集電器207上形成的陽極活性材料層208，陰極202包含在陰極集電器209上形成的陰極活性材料層210。
在固體電解質用作電解質的情況下，有時不設隔板。
參數205表示負極端子(負極輸出和輸入端子)，負極端子設在電池殼的帽蓋處，同時通過引線電連接至陽極集電器207，參數206表示正極端子(正極輸出和輸入端子)，正極端子設在電池殼的帽蓋處，同時通過引線電連接至陰極集電器209。
本發(fā)明中的術語“活性材料”指在電池中進行重復的充電和放電的電化學可逆反應的材料。除了自身與上述反應有關的所述材料外，活性材料還包括能進行上述反應的其它材料。
對于構成組件在本發(fā)明中回收的電池構形，可呈平的圓形(或硬幣形狀)、圓柱形、棱形或片狀形。對于電池結構，可包括單層式、多層式和螺旋卷繞式。
圖1是示意說明根據本發(fā)明的用于回收電池組件的回收方法的主要部分的一個例子的示意流程圖。
在下面將按照圖1所示流程圖解釋在回收圖4所示構形的電池構成組件的情況下本發(fā)明的回收方法。
在第一步驟中，根據形狀或類型對要回收構成組件的已使用電池(具有圖4所示構形)分類，以便有效進行分解和回收。
在第二步驟中，對第一步驟中分類的電池的一個，打開電池殼204。
在第三步驟中，從電池殼204中取出包含陽極201、陰極202和隔板203的組合體。
在第四步驟中，用溶劑沖洗在第三步驟中從電池殼204中取出的組合體，以除去包括電解質溶液在內的吸附材料，電解質溶液存在于組合體上或組合體內。包含在在此用于沖洗組合體的溶劑中的電解質溶液在分離步驟中單獨回收。
在第五步驟中，分解組合體并分成單個組件(包含陽極201的電極組件，包含陰極202的電極組件，包含隔板203的組件和類似物)。
在第六步驟中，對第五步驟中分開的包含陽極201的電極組件和包含陰極202的電極組件單獨進行冷卻或優(yōu)選快速冷卻，如果必要的話，同時快速加熱這些電極組件，在此電極組件的集電器(207，209)和活性材料層(208，210)受到熱沖擊，結果，剝離出現(xiàn)在每個電極組件的活性材料層和集電器之間的界面處，從而活性材料層與集電器分離。
在這種情況下，如果必須的話，能把沖擊能或振動能作用于這些電極組件，以便使活性材料層與集電器的分離容易(第七步驟)。
在第六或第七步驟中或任選地在第五步驟后不進行第六和第七步驟，在每個電極組件的活性材料層中存在的孔中充滿液體材料(第八步驟)，該液體材料具有固化時使體積膨脹的特性，接著最好快速冷卻每個電極到低于液體材料固化溫度的溫度，從而使液體材料體積膨脹，在此充分進行每個電極組件中的活性材料層與集電器分離(第九步驟)。此時，如果需要，能把沖擊能或振動能作用于每個電極組件。
然后，使活性材料層(208，210)與集電器(207、209)充分分離并使它們回收(第十步驟)。
對于已從集電器(207，209)分離的活性材料層(208，210)，這些活性材料層各自能冷卻到低于包含在其中的粘合劑的玻璃化轉變溫度的溫度，接著粉化成粉狀活性材料。
上述回收方法的狀況在圖2(a)-2(c)中示意表示。具體地，圖2(a)到2(c)是示意說明當包含在一個電極組件的孔中的液體材料受到體積膨脹從而分離活性材料層與集電器時的實施例的示意橫截面圖。更詳細地，圖2(a)-2(c)是說明對于含有在集電器上形成的活性材料層的電極(陽極或陰極)，電極中摻入液體材料(具有固化時使體積膨脹的特性)以使之充滿電極的孔并且使包含在電極的孔中的液體材料體積膨脹，從而使活性材料層與集電器分離時回收方法中給定電極(陽極或陰極)的狀態(tài)轉化(具體而言是在上面的第八至九步中)。
圖2(a)是示意說明含有在集電器101上形成的活性材料層102的電極100(陽極或陰極)的示意橫截面圖。
圖2(b)是示意說明當活性材料層102中存在的孔中充滿上述液體材料103(具有當固化時使體積膨脹的特性)時的電極的實施例的示意橫截面圖。
圖2(c)是示意說明當包含在活性材料層的孔中的液體材料通過快速冷卻液體材料到使液體材料凝固的液體材料固化溫度以下的溫度而體積膨脹時的電極的實施例的示意橫截面圖。在圖2(c)中，參數104指已體積膨脹的液體材料，參數105指已與集電器分離的活性材料層的活性材料。
圖3是示意說明用于把液體材料(具有當固化時使體積膨脹的特性)充滿電極組件的活性材料層的孔(上述第八和第九步驟)的裝置的例子的結構示意圖，所述裝置是本發(fā)明中用于回收電池組件的回收裝置的一部分。
圖3所示裝置包括用于在其中容納電極組件100的容器107；包括真空泵或類似物的排氣裝置108，用于通過抽空容器內部來降低容器107的內壓；用于在其內儲存液體材料106(具有固化時使體積膨脹的特性)的液體儲存器111；用于防止當排氣裝置108抽空容器內部時液體材料到達排氣裝置108的冷卻阱109；設有排氣閥116的排氣管112，通過排氣管112使容器107的內部與冷卻阱109的內部連通；設有排氣閥117’的排氣管117，排氣管117從排氣裝置108延伸并與冷卻阱109內部連通；從液體儲存器111延伸通過液體傳輸閥120并且通過液體傳輸閥119與容器107內部連通的液體傳輸管113；以及用于從壓縮氣體供給源(未示出)提供壓縮氣體110給容器107的氣體傳輸管114。
參數115指設在容器107處的容器閥，并且通過該容器閥使排氣管116與容器107內部連通。參數118指設在氣體傳輸管114處的氣體傳輸閥。氣體傳輸管114與排氣管112相通。
下面，依據圖3進行描述。具體地，對通過打開電池殼從殼中取出并用溶劑沖洗(在前面第二到第四步驟中)的電極組件，使用圖3所示裝置用液體材料(具有固化時使體積膨脹的特性)充滿電極組件中存在的孔，例如，如下所述。
電極組件(100)位于容器107內。通過驅動排氣裝置108的真空泵和打開排氣閥116、117’和容器閥115，同時關閉液體傳輸閥119、120和氣體導入閥118，通過排氣管117、112把容器107內部抽空到預定真空。此后，關閉排氣閥116、117’和容器閥115。然后，通過打開液體傳輸閥119、120，液體材料106從液體儲存器111通過液體傳輸管113引入容器107，在此引入容器107的液體材料106侵入到電極組件100的孔中使孔中充分充滿液體材料106。接著，通過打開氣體導入閥118和容器閥115，壓縮氣體110從壓縮氣體供給源(未示出)通過氣體傳輸管114引入容器107，這樣剩余在容器中的液體材料106回到液體儲存器111。此后，關閉氣體導入閥118和容器閥115。然后，從裝置中取出孔中充滿液體材料的電極組件100。
如此處理的電極組件快速冷卻到液體材料固化溫度以下的溫度，這樣含在電極組件100的孔中的液體材料固化使體積膨脹，從而活性材料層與集電器分離。
下面將詳細描述用于回收電池構成組件的本發(fā)明上述回收方法中的主要步驟。
電池殼的打開[上述第二步驟，參見圖1]通過利用高壓水或能量束切割或者通過現(xiàn)有機械切割方法，可采用適當的的打開方法來打開電池殼。
例如，可通過噴嘴把噴射狀的最好1000kg/cm2或更高，更優(yōu)選3000kg/cm2或更高的超高壓水噴在電池的電池殼上來進行利用高壓水的切割。此時，要噴射的超高壓水依據電池殼的構成組分種類可含有適當的磨料。
上述能量束可包括激光束，電子束和類似物。
通過使用以高速旋轉盤狀刀片(具有硬和鋒利的刃)或通過剪切來切割物體的切割裝置來實施上述機械切割方法。
電池組件的沖洗[上述第四步驟，參看圖1]如上所述，在打開電池殼后，從電池殼中取出電池組件并用適當的溶劑沖洗它們。把如此沖洗的電池組件分成單個，接著進行使它們回收的回收步驟。在此沖洗步驟中，能回收電解質溶液。另外，能除去吸附在電池組件上或其內的電解質溶液，電池組件包括電極組件(陽極或陰極)、隔板、電池殼和類似物。此條件能容易地進行每個電池組件的回收，這將在后面進行。
作為上述沖洗溶劑，希望在電解質溶液由含水電解質溶液構成的情況下使用水。在電解質溶液由非水電解質溶液構成的情況下，希望使用有機溶劑。這種有機溶劑的具體例子是甲醇、丙酮、1，2-丙二醇、二甲亞砜、丁內酯、和碳酸亞丙酯。
電極的分類[上述第五步驟；參見圖1]由現(xiàn)有分類法能容易地把陽極和陰極分成單個。例如，在具有鐵磁材料僅用在陽極和陰極之一中的電極結構的電池情況下，在回收電池組件時通過使用電磁鐵吸引含鐵磁材料的電極，就能容易地把陽極和陰極分成單個。
熱沖擊的應用[上述第六步驟；參見圖1]當熱沖擊作用于電極組件時，在冷卻和加熱處理前后的溫度差最好是100℃或更高，更優(yōu)選是200℃或更高。
至于提供熱沖擊給電極組件的加熱溫度，必須低于包含在電極組件中的粘合劑或類似物破壞的溫度。至于加熱速率(即，溫度升高速率)，最好大于20℃/分。
至于提供熱沖擊時的冷卻速率(即溫度降低速率)，希望最好大于5℃/秒，或更優(yōu)選地，大于10℃/秒。
在利用粘合劑把活性材料粘附在集電器上的電極組件(陽極或陰極)的情況下，希望快速冷卻電極組件到比粘合劑的玻璃化轉變溫度更低的溫度。
在電極組件的活性材料層的孔中充滿液體材料(具有固化時使體積膨脹的特性)之后，電極組件快速冷卻到低于液體材料固化溫度的溫度，使活性材料層與集電器分離，接著回收活性材料層的活性材料和集電器的情況下，使冷卻溫度為低于液體材料固化溫度的溫度。具體地，冷卻溫度最好是0℃或更低，或者更優(yōu)選地，-20℃或更低。
通過使用不可燃燒的壓縮氣體快速冷卻或者通過使用液化氣體或冷卻劑快速冷卻來冷卻電極組件。
液化氣體可包括液態(tài)氮、液態(tài)氦和類似物。在使用這種液化氣體的情況下，能采用電極組件直接浸入液化氣體來快速冷卻電極組件的冷卻方法，或者由液化氣體產生的低溫氣體噴射到電極組件上來快速冷卻電極組件的冷卻方法。
上述冷卻劑可包括干冰-甲醇、干冰-乙醇、冰和類似物。
在電極的孔中充滿液體材料和液體材料的體積膨脹[上述第八和第九步驟；參見圖1]如上所述，對于至少包括活性材料層和集電器(活性材料層形成在集電器上)的電極組件(陽極或陰極)，為了有效地分離活性材料層與集電器，用具有固化時使體積膨脹的特性的特定液體材料充滿電極組件中存在的孔，接著快速冷卻電極使包含在電極組件的孔中的液體材料固化。
作為這種液體材料的優(yōu)選例子，有主要成分包含水的材料。
液體材料最好含有表面活性劑。
正如參照圖3所示裝置在前面所述的，希望把液體材料(具有固化時使體積膨脹的性能)充滿要回收的電極組件的孔中在減壓下進行。
另外，以上述方法回收的例如電池殼、包括活性材料和集電器的電極構件、電解質和類似物這樣的電池構成組件能有效地再循環(huán)，用于電池制造。
構成組件被回收的電池將描述根據本發(fā)明回收其構成組件的電池。
對于根據本發(fā)明回收其構成組件的電池形狀，可呈平的圓形(或硬幣形)、圓柱形、棱柱形、或片狀形。
對于電池結構，可包括單層式、多層式和螺旋卷繞式。
在由繞給定軸多層卷繞的層疊體(包括夾在陽極和陰極之間的隔板)構成的螺旋卷繞圓柱形電池的情況下，其優(yōu)點是能按需要增加電池面積并且在進行充電和放電時能讓大電流流過。
在無論棱柱形或片形的電池的情況下，其優(yōu)點是能有效地利用用于包容電池的裝置的空間。
下面參照圖5、6和7更詳細描述這種電池的結構和形狀。
圖5是示意說明單層結構式扁平電池的一個例子的示意橫截面圖。圖6是示意說明螺旋卷繞圓柱形電池的例子的示意橫截面圖。圖7是示意說明棱柱形電池的一個例子的示意透視圖。這些電池基本具有類似于圖4所示的結構，它們包括陽極、陰極、含電解質的隔板、電池殼和一對端子。
在圖5中，參數301表示含陽極活性材料層的陽極，參數303表示含陰極活性材料的陰極，參數305表示陽極帽蓋(或陽極端子)，參數306表示陰極殼(或陰極端子)，參數307表示電解質(或電解質溶液)保留在其中的隔板，以及參數310表示墊圈(或絕緣密封件)。
在圖6中，參數400表示陽極集電器，401表示陽極活性材料層，402表示陽極，403表示陰極活性材料，404表示陰極集電器，405表示陽極帽蓋(或陽極端子)，406表示陰極殼(或陰極端子)，407表示電解質(或電解質溶液)保留在其中的隔板，408表示陰極，410表示墊圈(或絕緣密封件)，411表示絕緣板，412表示陽極引線，413表示陰極引線，以及414表示安全孔。
具體地，在圖5所示的單層結構式扁平電池(所謂硬幣形電池)中，從陰極側至少經隔板307由依次層疊的陰極303(含陰極活性材料)和陽極301(含陽極活性材料層)構成的組件安裝在陰極殼306中，隔板307中保持有電解質溶液。在陰極殼306中的組件的陽極側由作為陽極端子的陽極帽蓋305密封并且陰極殼306的剩余內部空間由墊圈410(由絕緣材料構成)充填。
在圖6所示的螺旋卷繞圓柱形電池中，繞給定軸多層卷繞的組件安放在作為陰極端子的陰極殼406內，使組件的側面和給定底面?zhèn)扔申帢O殼406覆蓋，所述組件至少包括夾在陰極408和陽極402之間的其內保持有電解質溶液的隔板407，陰極408包含形成在陰極集電器404上的陰極活性材料層403，陽極402包含形成在陽極集電器400上的陽極活性材料層401。在陰極殼406的未覆蓋側中，安裝作為陽極端子的陽極帽蓋405。陰極殼406的剩余內部空間由墊圈410(由絕緣材料構成)充填。具有圓柱形結構的層疊電極組件通過絕緣板411與陽極帽蓋側電絕緣。陽極402通過陽極引線412電連接到陽極帽蓋405。類似地，陰極408通過陰極引線413電連接到陽極殼406。在陽極蓋帽側上，設有調節(jié)電池內壓的安全孔414。
圖7所示的棱柱形電池包括多個單元電池，單元電池在有帽蓋的電池殼509中通過集電器并聯(lián)成一體，每個單元電池包括夾在含陽極活性材料的陽極501和含陰極活性材料的陰極503之間的其內保持有電解質溶液的隔板507。陽極501電連接到陽極端子505，并且陰極503電連接到陰極端子506。棱柱形電池在電池殼509的帽蓋處設有多個安全孔514。
具有圖5或圖6所示結構的電池可以例如下面方式制造。
含夾在陽極活性材料層(301，401)和陰極活性材料層(303，403)之間的隔板(307，407)的組合件安放在陰極殼(306，406)內。此后，在其中引入電解質。用陽極帽蓋(305，405)和墊圈(310，410)組裝，接著進行嵌縫處理。因此，得到圖5或圖6所示的結構的電池。
用于鋰電池的構成材料的制備希望在無水分的干燥空氣氣氛中或無水分的干燥惰性氣氛中進行，以防鋰與水的化學反應發(fā)生并且以防由于電池內鋰與水的化學反應而引起的可充電鋰電池損壞。
具有圖7所示結構的棱柱形電池例如以下面方法制造。
多個單元電池通過集電器500并聯(lián)集合成組合體，每個單元電池包括夾在陽極501和陰極503之間的隔板507。將該組合體置入電池殼509中。此后，電解質溶液注入電池殼509內。然后，集電器502電連接到陽極端子506并且也連到陰極端子507。最后，把帽蓋放到電池殼509上來密封電池殼內部。由此，獲得具有圖7所示結構的棱柱形電池。
下面將描述根據本發(fā)明回收其構成組件的上述電池的構成。
電池殼在根據本發(fā)明回收其構成組件的電池是圖5或6所示結構的情況下，陰極殼(306，406)和陽極帽蓋(305，405)也分別起電池殼的作用。因此，它們最好由例如鈦包覆不銹鋼、銅包覆不銹鋼、鍍鎳鋼或類似物這樣的不銹鋼構成。
至于根據本發(fā)明回收其構成組件的電池是圖7所示結構的情況下，其中電池殼不當作陰極或陽極帽蓋，除了上述不銹鋼外，電池殼的構成還包括如鋅的金屬、如聚丙烯的塑料，以及金屬或玻璃纖維與塑料的的復合物。
安全孔根據本發(fā)明回收其構成組件的電池最好設有合適的安全孔，正如圖6所示結構(其中設有安全孔414)或圖7所示結構(其中設有安全孔514)的情況，通過把電池里面與外面連通，從而降低增加的電池內壓，以便在電池內壓偶然增加時保證安全。
安全孔可由包含橡膠、彈簧、金屬球(metal boll)或破裂箔的材料構成。
墊圈至于墊圈(310，410)的構成，能使用例如聚烯烴樹脂、氟樹脂、聚酰胺樹脂、聚砜樹脂或各種橡膠。
在圖5或6所示結構的情況下，通常利用墊圈嵌縫來進行電池密封。此外，也可利用玻璃密封、粘合劑密封、焊接或熔接。
另外，至于圖6所示絕緣板411的構成，能使用有機樹脂和陶瓷。
陽極作為根據本發(fā)明回收其構成組件的電池的代表例子，能提及的有鎳-金屬氫化物電池和包括鋰離子電池在內的可充電鋰電池，它們都是高性能蓄電池。
在這種鎳-金屬氫化物電池中的陽極包括通過燒結或使用粘合劑形成在陽極集電器上的陽極活性材料層，陽極活性材料層包括粉狀稀土金屬混合物系或過渡金屬系吸氫合金。在此的粘合劑包括聚氯乙烯、羧甲基纖維素和類似物。
在這種鋰電池中的陽極包括在放電前的時間段保持鋰在其中的基本組分和至少一個陽極集電器。
這種基本組分的具體例子是鋰金屬、能嵌入鋰的含碳材料、過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、和鋰合金。
包含能嵌入鋰的這種含碳材料或類似物的陽極活性材料層通常通過使用粘合劑把含碳材料或類似物固定到陽極集電器上來形成。
陽極集電器用來提供電流使在充電和放電時電流有效地消耗用于電極反應，或者用來收集產生的電流。
因此，希望陽極集電器由高導電性并且對電池反應不活潑的適當材料構成。
這種材料的具體例子是如Ni、Ti、Cu、Al、Pt、Pd、Au和Zn這樣的金屬，這些金屬的合金如不銹鋼，以及兩種或更多所述金屬的復合金屬。
陽極集電器可呈板狀形、箔狀形、網狀形、多孔形海綿、纖維形、沖孔金屬形、或延展金屬形。
陰極如上所述，根據本發(fā)明回收其構成組分的電池的代表例子，包括鎳-金屬氫化物電池和包括鋰離子電池在內的可充電鋰電池。
在上述鋰電池中的陰極一般包括陰極集電器、陰極活性材料、導電助劑和粘合劑。
通常通過把陰極活性材料、導電助劑和粘合劑的混合物置于能當作陰極集電器的構件上來形成這里的陰極。
導電助劑可包括石墨、如石墨化炭黑和乙炔黑的炭黑、和鎳或類似物的金屬細粉末。
作為粘合劑，其示例有如聚乙烯、聚丙烯和類似物這樣的聚烯烴，如聚偏二氟乙烯、四氟乙烯聚合物和類似物這樣的氟樹脂。
作為上述鋰電池中的陰極活性材料，通常使用從過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、鋰-過渡金屬氧化物、和鋰-過渡金屬硫化物中選擇的化合物。這些過渡金屬氧化物和過渡金屬硫化物的金屬包括部分具有d-電子層或f-電子層的金屬。
這種金屬的具體例子是Sc、Y、鑭系元素、錒系元素、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag和Au，其中，Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu是特別合適的。
對于上述鎳-金屬氫化物電池中的陰極，通常用氫氧化鎳來充滿給定的多孔集電器形成。作為這種多孔集電器，通常使用細鎳粉末的燒結體或發(fā)泡狀成型鎳構件。
陰極集電器用來提供電流使在進行充電和放電時電流能有效地消耗用于電極反應，或者用來收集產生的電流。
因此，希望陰極集電器由高導電性并且對電池反應不活潑的材料構成。
構成陰極集電器的材料包括如Ni、Ti、Al、Pt、Pb、Au和Zn這樣的金屬，如不銹鋼這樣的這些金屬的合金，以及兩種或多種所述金屬的復合金屬。
陰極集電器可加工成板狀形、箔狀形、網格形、多孔形狀海綿、纖維形、沖孔金屬形、或延展金屬形。
隔板根據本發(fā)明回收其構成組件的電池中的隔板夾在陽極和陰極之間，它用來防止陽極和陰極受到內部短路。另外，隔板也用來保持電解質溶液。
要求隔板具有多孔結構，能夠使電池的充電和放電反應中涉及的鋰、氫或類似物的離子由此通過，也要求隔板不溶于電解質溶液并且對電解質溶液穩(wěn)定。
隔板通常由玻璃、聚烯烴如聚丙烯或聚乙烯、氟樹脂、或聚酰胺構成的具有微孔結構的無紡織物或膜構成。另一方面，隔板可由分別有許多微孔的金屬氧化物膜或與金屬氧化物結合的樹脂膜構成。
電解質對于根據本發(fā)明回收其構成組件的電池中所用的電解質，能使用直接的適當電解質，溶解在溶劑中的所述電解質的溶液，或者使用膠凝劑固化的所述溶液的材料。
然而，溶解適當電解質在溶劑中獲得的電解質溶液通常以使所述電解質溶液保持在隔板上的方式使用。
電解質的導電率愈高愈好。特別是，希望使用的電解質在25℃的導電率最好是1×10-3S/cm或更高，或者更優(yōu)選地，5×10-3S/cm或更高。
至于在鋰電池的情況下的電解質，通常使用溶解在給定溶劑中的給定電解質。
電解質可包括如H2SO4、HCl和HNO3之類的無機酸，如BF4-、PF6-、ClO4-、CF3SO3-或BPh4-(Ph是苯基)這樣的Lewis酸離子與Li+(鋰離子)的鹽；以及兩種或多種所述鹽的混合物。此外，上述Lewis酸離子與如鈉離子、鉀離子、四烷基銨離子或類似物這樣的陽離子的鹽也能使用。
無論如何，希望例如通過在減壓下熱處理對上述鹽進行脫水作用或脫氧作用后使用上述鹽。
電解質溶解在其中的溶劑包括乙腈、芐腈、碳酸亞丙酯、碳酸亞乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、二甲基甲酰胺、四氫呋喃、硝基苯、二氯乙烷、二乙氧基乙烷、1，2-二甲氧基乙烷、氯苯、γ-丁內酯、二氧戊環(huán)、環(huán)丁砜、硝基甲烷、二甲硫醚、二甲亞礬、甲酸甲酯、3-甲基、-2-噁唑烷酮(oxdazolydinone)、2-甲基四氫呋喃、3-丙基sydonone、二氧化硫、膦酰氯、亞硫酰氯、磺酰氯、和它們兩種或多種的混合物。
至于這些溶劑，在它們使用之前，最好使用活性氧化鋁、分子篩、五氧化二磷、或氯化鈣對它們進行脫水作用。另一方面，在堿金屬存在的情況下可在惰性氣體組成的氣氛中對它們蒸餾，除去水分和異物。
為防止電解質溶液泄漏，最好使用合適的膠凝劑使電解質溶液膠凝。
在這種情況中可使用的膠凝劑包括具有吸收電解質溶液的溶劑從而膨脹的特性的聚合物。這種聚合物的具體例子是聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺。
作為鎳-金屬氫化物電池的電解質，使用含溶解在作為溶劑的水中的給定堿的電解質。這種堿包括氫氧化鉀、氫氧化鈉和氫氧化鋰。此時，為防止電解質溶液泄漏，最好使用適當的膠凝劑使電解質溶液膠凝。
在這種情況下可使用的膠凝劑包括具有吸收電解質溶液的溶劑從而膨脹的特性的聚合物。這種聚合物的具體例子是聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯醇、和聚丙烯酰胺。此外，淀粉也可使用。
下面將參照例子更詳細描述本發(fā)明，這些例子僅用來示意說明而不限制本發(fā)明的范圍。
例子1在本例子中，對于具有圖6所示結構的圓柱形可充電鋰電池，依據圖1所示流程圖，打開電池殼，接著進行沖洗，分解成單個電池組件，及單獨回收這些電池組件，其中使用圖3所示裝置來分離每個電極的活性材料層。
I.作為上述電池，使用已用過的圓柱形可充電鋰電池。此圓柱形可充電鋰電池是通過如下方式獲得的一種繞給定軸多層卷繞組合件[含依次層疊的隔板/陰極(含陰極活性材料層和陰極集電器)/隔板/陽極(含陽極活性材料層)]，把卷繞好的組合件插入陰極殼中，把從陰極集電器延伸的陰極引線焊接到陰極殼，把從陽極集電器延伸的陽極引線焊接到陽極帽蓋，把電解質溶液注入到陰極殼，加蓋陽極帽蓋到陰極殼，接著通過嵌縫密封，其中，陽極包括使用含聚偏二氟乙烯的粘合劑把粉狀石墨(作陽極活性材料)固定在銅箔(作陽極集電器)的相對面上獲得的陽極；陰極包括使用含聚偏二氟乙烯的粘合劑把含鋰鈷氧化物(作陰極活性材料)和乙炔黑(作導電助劑)的混合物固定在鋁箔(陰極集電器)的相對面上而獲得的陰極；隔板由有許多微孔的聚乙烯件構成；以及電解質溶液包括把1M(mol/l)的六氟磷酸鋰(LiPF6)溶解在由等量混合比的碳酸亞乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)組成的混合溶劑中而獲得的電解質溶液。
II.下面將參照圖1和3依次解釋打開電池的步驟，取出和沖洗電極的步驟，及通過快速冷卻分離活性材料與集電器的步驟。
作為冷卻裝置，使用液氮。
1.首先，為保證打開電池殼時的安全并且為保證活性材料在理想狀態(tài)下回收，把電容器電連接到圓柱形可充電鋰電池，接著對電池放電，從而電池中的剩余電容轉移到電容器中。
2.把3500kg/cm2的高壓水(含粉狀磨料)噴射到在上述步驟1中已放電的圓柱形可充電鋰電池上來切割電池的陽極帽蓋，從而打開電池殼(在圖1中的第二步驟)。
3.從電池的陰極殼中取出由陽極組件、陰極組件和隔板(摻有電解質溶液)構成的組合體(在圖1中的第三步驟)，接著用甲醇沖洗，這里從所得甲醇溶液中回收電解質溶液。然后，又用水沖洗組合體，接著再用甲醇沖洗(圖1中的第四步驟)。
4.將在上述步驟3中沖洗的組合體分解成陽極組件、陰極組件和隔板(在圖1中的第五步驟)。在此，回收隔板。
5.如下所述，使用圖3所示的裝置處理陰極和陽極組件中的每個。
陽極組件的處理陽極組件放在圖3所示裝置的容器107中。通過驅動排氣裝置108的真空泵和打開排氣閥116、117’和容器閥115，同時關閉液體傳輸閥119、120和氣體導入閥118，容器107內部通過排氣管117、112抽空。此后，關閉排氣閥116、117’和容器閥115。然后，通過打開液體傳輸閥119、120，包含在液體儲存器111中的10wt％甲醇水溶液通過液體傳輸管113引入到容器107中，在此引入容器107的甲醇水溶液侵入到陽極的相對陽極活性材料層的孔中，使甲醇水溶液充滿孔(在圖1中的第八步驟)。接著，通過打開氣體傳輸閥118和容器閥115，壓縮空氣通過氣體傳輸管114引入容器107中，這里剩余在容器107中的甲醇水溶液借助壓縮空氣的作用回到液體儲存器111。
此后，關閉氣體導入閥118和容器閥115。然后，從裝置中取出孔中充滿甲醇水溶液的陽極。
把陽極浸入裝在杜瓦瓶中的液氮中，以10℃/sec的冷卻速率(溫度降低速率)把陽極從15℃快速冷卻到-196℃，從而包含在陽極的陽極活性材料層的孔中的甲醇水溶液(具體地，水)凝固，使陽極活性材料層的孔膨脹而有龜裂，其中包含在陽極活性材料層中的粘合劑轉化成玻璃態(tài)。然后，用錘把沖擊力作用于由此處理過的陽極，從而陽極活性材料層充分與陽極集電器分離(圖1中的第九步驟)。從所得產物中，單獨回收作為陽極集電器的銅箔，作為陽極活性材料的石墨和粘合劑(在圖1的第十步驟)。
陰極組件的處理按照上述處理陽極組件的步驟處理陰極組件，從而單獨回收作為陰極集電器的鋁箔，作為陰極活性材料的鋰鈷氧化物，作為導電助劑的乙炔黑和粘合劑。
例子2在本例子中，對于具有圖6所示結構的圓柱形鋰原電池，依據圖1所示流程圖，打開電池殼，接著進行沖洗，分解成單個電池組件，以及單獨回收這些電池組件。
I.作為上述電池，使用已用過的圓柱形鋰原電池。這種圓柱形鋰原電池通過如下方式制備繞給定軸多層卷繞組合件[含依次層疊的隔板/陰極(含陰極活性材料層和陰極集電器)/隔板/陽極(含陽極活性材料層)]，把卷繞后的組合件插入陰極殼，把從陰極集電器延伸的陰極引線焊接到陰極殼，把從陽極集電器延伸的陽極引線焊接到陽極帽蓋，注入電解質溶液到陰極殼中，加蓋陽極帽蓋到陰極殼，接著由嵌縫密封，其中，陽極包括把鋰金屬箔(作陽極活性材料層)壓疊在鎳的延展金屬(作陽極集電器)的相對表面上而獲得的陽極；陰極包括把作為陰極活性層的膏[通過混合二氧化錳(作陰極活性材料)、乙炔黑(作導電助劑)和聚偏二氟乙烯(作粘合劑)得到混合物并把N-甲基吡咯烷酮加入到混合物中獲得]涂敷在作為陰極集電器的鎳網件的相對表面上并干燥而獲得的陰極；隔板由有許多微孔的聚乙烯件構成；以及電解質溶液包括把1M(mol/l)四氟硼酸鋰溶解在含碳酸亞丙酯的溶劑中獲得的電解質溶液。
II.下面將參照圖1依次說明打開電池的步驟，取出和沖洗電極的步驟，通過快速冷卻從集電器分離活性材料的步驟。
作為冷卻裝置，使用液氮。
1.首先，為保證在打開電池殼時的安全并且為保證在理想狀態(tài)下回收活性材料，把電容器電連接到圓柱形鋰原電池，接著對電池放電，從而在電池中的剩余電容轉移到電容器。
2.通過高速旋轉具有硬而鋒利刃的盤狀形刀片并使刀片接觸陽極帽蓋來切割在上述步驟1中已放電的圓柱形鋰原電池的陽極帽蓋，從而打開電池殼(在圖1的第二步驟)。
3.從電池的陰極殼中取出含陽極組件、陰極組件和隔板(摻有電解質溶液)的組合體(在圖1的第三步驟)，接著用丙酮沖洗(在圖1的第四步驟)，這里從所得丙酮溶液中回收電解質溶液。由此沖洗過的組合件分解成陽極組件、陰極組件和隔板(在圖1的第五步驟)。用水沖洗陰極組件和隔板，接著又用甲醇沖洗(圖1的第五步驟)。
在此回收隔板。對于陽極組件和陰極組件，對它們進行如下所述的進一步處理。
4.陽極組件在Ar氣組成的氣氛中逐漸與低于10℃的冷水反應，把仍剩余在作為陽極集電器的鎳的延展金屬的相對表面上的金屬鋰(作為陽極活性材料層)轉化成氫氧化鋰，單獨回收作為陽極集電器的鎳的延展金屬和上述氫氧化鋰。
在上述中，利用使用Pd的空氣凈化器來除去金屬鋰與水反應時產生的氫氣，在此回收Ar氣和氫氣。
5.把陰極組件浸入添加有非離子表面活性劑的純水中，純水容納在處理裝置中，使用能產生37,000到47,000Hz的超聲波的超聲洗滌器對陰極組件進行超聲振動處理，從而添加有非離子表面活性劑的純水(此后稱“含非離子表面活性劑的水”)侵入到陰極集電器上的陰極活性材料層的孔中，使含非離子表面活性劑的水充分充滿孔中并且一定程度的分離出現(xiàn)在每個陰極活性材料層和陰極集電器之間的界面(圖1的第七步驟)。
然后，把陰極組件(其中陰極活性材料層仍存在，同時稍微與陰極集電器接觸)浸入裝在杜瓦瓶中的液氮中，以7℃/sec的冷卻速率(溫度降低速率)把陰極組件從15℃快速冷卻到-196℃。然后，把借助錘的沖擊力作用到由此處理過的陰極組件，從而陰極活性材料層與陰極集電器充分分離(圖1的第八和第九步驟)。
從所得產物，單獨回收作為陰極集電器的鎳網件、作為陰極活性材料的二氧化錳(鋰嵌入其中)、導電助劑和粘合劑(圖1的第十步驟)。
例子3在本例子中，對于具有圖6所示結構的圓柱形可充電鎳-金屬氫化物電池，依據圖1所示的流程圖，打開電池殼，接著進行沖洗，分解成單個電池組件，以及單獨回收這些電池組件，其中使用圖3所示裝置來進行每個電極的活性材料層分離。
I.作為上述電池，使用已用過的圓柱形可充電鎳-金屬氫化物電池。這種圓柱形可充電鎳-金屬氫化物電池是通過如下方式制備的一種繞給定軸多層卷繞組合體[含依次層疊的隔板/陰極(含陰極活性材料層和陰極集電器)/隔板/陽極(含陽極活性材料層)]，把組合體插入在陰極殼中，把從陰極集電器延伸的陰極引線焊接到陰極殼，把從陽極集電器延伸的陽極引線焊接到陽極帽蓋，注入電解質溶液到陰極殼中，加蓋陽極帽蓋到陰極殼，接著通過嵌縫密封，其中陽極包括把過渡金屬合金系吸氫合金(作陽極活性材料)的細粉狀材料加壓涂敷在鎳網件(作陽極集電器)的相對表面上并進行燒結而獲得的陽極；陰極包括把浸漬有亞硝酸鎳(作陰極活性材料)的多孔鎳燒結體(作陰極集電器)進行化學轉化處理而獲得的陰極；隔板由經過親水處理的無紡織物聚丙烯構件組成；以及電解質溶液包括添加有氫氧化鋰的氫氧化鉀水溶液。
II.下面將參照圖1和3依次說明打開電池的步驟，取出并沖洗電極的步驟，以及通過快速冷卻把活性材料與集電器分離的步驟。
作為冷卻裝置來說，可使用液氮。
1.首先，為保證在打開電池殼時的安全并且為保證在理想狀態(tài)下回收活性材料，把電容器電連接到圓柱形可充電鎳-金屬氫化物電池，接著進行放電，從而將電池中的剩余電容轉移到電容器。
2.使用CO2激光束，同時噴射氮氣到電池來對上述步驟1中已放電的電池進行切割處理，切開電池的陽極帽蓋，從而打開電池殼(圖1的第二步驟)。
3.從電池的陰極殼中取出含陽極組件、陰極組件和隔板(摻有電解質溶液)的組合體(圖1的第三步驟)，接著用水沖洗，這里從所得水溶液中回收電解質溶液(圖1的第四步驟)。如此沖洗后的組合體分解成陽極組件、陰極組件和隔板(圖1的第五步驟)。
在此回收隔板。對于陽極組件和陰極組件對它們進行下面所述的進一步處理。
4.把陽極組件快速加熱到150℃，接著浸入到裝在杜瓦瓶中的液氮中，在此以17℃/sec的冷卻速率(溫度降低速率)把陽極組件從150℃迅速冷卻到-196℃。重復此過程三次(圖1的第六步驟)。如此處理過的陽極組件的溫度回到室溫。
5.在上述步驟4中處理過的陽極組件安放在圖3所示裝置的容器107中。通過驅動排氣裝置108的真空泵和打開排氣閥116、117’及容器閥115，同時關閉液體傳輸閥119、120和氣體導入閥118，容器107的內部通過排氣管117、112被抽空。此后，關閉排氣閥116、117’和容器閥115。然后，通過打開液體傳輸閥119、120，包含在液體儲存器111中的純水通過液體傳輸管113引入到容器107中，引入到容器107中的水侵入陽極組件的相對陽極活性層的孔中使孔中充分充滿水(圖1的第八步驟)。接著，通過打開氣體傳輸閥118和容器閥115，壓縮空氣通過氣體傳輸管114引入到容器107中，仍在容器107中的水借助壓縮空氣的作用回到液體儲存器111。
此后，關閉氣體導入閥118和容器閥115。然后從裝置中取出孔中充滿水的陽極組件。陽極組件浸入裝在杜瓦瓶中的液氮中，這里以12℃/sec的冷卻速率(溫度降低速率)將陽極組件從15℃快速冷卻到-196℃，從而包含在陽極組件的陽極活性材料層的孔中的水凝固，使陽極活性材料層的孔膨脹而有龜裂。然后，借助錘的沖擊力作用于陽極組件，從而陽極活性材料層與陽極集電器充分分離(圖1的第九步驟)。從所得產物中單獨回收作為陽極集電器的鎳網件和作為陽極活性材料的過渡金屬合金系吸氫合金(圖1的第十步驟)。
6.對于陰極組件，以上述步驟4的同樣方式把熱沖擊作用于其上(圖1的第六步驟)。然后，按照上述步驟5的上述程序處理陰極組件，從而純水侵入到陰極組件的相對陰極活性材料層的孔中使孔充分充滿水(圖1的第八步驟)。
經如此處理的陰極組件浸入到杜瓦瓶中的液氮中，陰極組件以12℃/sec的冷卻速率(溫度降低速率)從15℃快速冷卻到-196℃，從而包含在陰極組件的陰極活性材料層的孔中的水凝固而使陰極活性材料層的孔膨脹，從而陰極活性材料層破裂。
從杜瓦瓶中取出陰極組件并且通過振動器把振動作用施于陰極組件，從而陰極活性材料層與陰極集電器充分分離(圖1的第十步驟)。
從所得產物中單獨回收作為陰極集電器的鎳燒結體和作為陰極活性材料的氫氧化鎳(圖1的第九步驟)。
例子4在本例子中，對于具有圖6所示結構的圓柱形可充電鎳-金屬氫化物電池，依據圖1所示的流程圖，打開電池殼，接著進行沖洗，分解成單個電池組件并且單獨回收這些電池組件，使用圖3所示裝置進行每個電極的活性材料層分離。
I.作為上述電池，使用已用過的圓柱形可充電鎳-金屬氫化物電池。該圓柱形可充電鎳-金屬氫化物電池是通過如下方式制備的一種繞給定軸多層卷繞組合體[含依次層疊的隔板/陰極(含陰極活性材料層和陰極集電器)/隔板/陽極(含陽極活性材料層)]，把組合體插入陰極殼中，把從陰極集電器延伸的陰極引線焊接到陰極殼，把從陽極集電器延伸的陽極引線焊接到陽極帽蓋，注入電解質溶液到陰極殼中，加蓋陽極帽蓋到陰極殼，通過嵌縫密封，其中，陽極包括把由稀土金屬混合物系吸氫合金(作為陽極活性材料)的細粉狀材料、粉狀鎳材料(作導電助劑)和聚氯乙烯與羧甲基纖維素的混合物(作粘合劑)組成的混合物填充到發(fā)泡鎳件(作陽極集電器)并且對所得產物進行壓模而獲得的陽極；陰極包括對浸漬有硝酸鎳(作陰極活性材料)的多孔鎳燒結體(作陰極集電器)進行化學轉化處理而獲得的陰極；隔板由有許多微孔并經過親水處理的聚丙烯件構成；以及電解質溶液包括添加有氫氧化鋰的氫氧化鉀水溶液。
II.下面將參照圖1依次說明打開電池的步驟，取出和沖洗電極的步驟，以及通過快速冷卻分離活性材料與集電器的步驟。
作為冷卻裝置，使用液氮。
1.首先，為保證打開電池殼時的安全并且為保證活性材料在理想狀態(tài)下回收，把電容器電連接到圓柱形可充電鎳-金屬氫化物電池，接著進行放電，從而把電池的剩余電容轉移到電容器。
2.通過高速旋轉有硬而鋒利刃的盤狀形刀片，同時使刀片接觸陽極帽蓋來切割在上述步驟1中已放電的圓柱形可充電鎳-金屬氫化物電池的陽極帽蓋，從而打開電池殼(圖1的第二步驟)。
3.從電池的陰極殼中取出含陽極組件、陰極組件和隔板(摻有電解質溶液)的組合體(圖1的第三步驟)，接著用水沖洗(圖1的第四步驟)，這里從所得到水溶液中回收電解質溶液。
經如此沖洗過的組合體分解成陽極組件、陰極組件和隔板(圖1的第五步驟)。在此，回收經如此沖洗過的隔板。對于陽極組件和陰極組件，將進行下面所述的進一步處理。
4.把陽極組件浸入到裝在杜瓦瓶中的液氮中，陽極組件以12℃/sec的冷卻速率(溫度降低速率)從室溫(23℃)快速冷卻到-196℃，從而將熱沖擊作用于陽極組件，使龜裂存在于陽極組件的陽極活性材料層中(圖1的第六步驟)。經如此處理過的陽極組件的溫度回到室溫。
5.把在上述步驟4中處理過的陽極組件浸入到裝在處理裝置中的四氫呋喃中，從而把作為粘合劑的聚氯乙烯洗脫到四氫呋喃中，由此除去聚氯乙烯。然后，把陽極組件浸入到裝在處理裝置中的水中以便把羧甲基纖維素洗脫到水中，從而除去羧甲基纖維素，接著干燥。此后，通過振動器把振動作用于陽極組件(圖1的第七步驟)，從而陽極活性材料層與陽極集電器充分分離。從所得產物中單獨回收作為陽極集電器的鎳構件和作為陽極活性材料的稀土金屬混合物系吸氫合金(圖1的第十步驟)。
6.對于陰極組件，以上述步驟4的同樣方式把熱沖擊作用于其上(圖1的第六步驟)，接著浸入裝在處理裝置中的純水中，使水充滿陰極組件的陰極活性材料層的孔中(圖1的第八步驟)。此后，陰極組件浸入裝在杜瓦瓶中的液氮中，陰極組件以12℃/sec的冷卻速率(溫度降低速率)從15℃快速冷卻到-196℃，從而包含在陰極組件的陰極活性材料層的孔中的水凝固，使陰極活性材料層的孔膨脹，其中陰極活性材料層破裂。
經如此處理的陰極組件的溫度回到室溫。此后，使用能夠產生37,000到47,000Hz超聲波的超聲洗滌器對陰極組件進行超聲振動處理，從而陰極活性材料層與陰極集電器充分分離(圖1的第九步驟)。
從所得產物中單獨回收作為陰極集電器的鎳燒結體和作為陰極活性材料的氫氧化鎳(圖1的第十步驟)。
例子5除了例子3的步驟4外重復例子3的程序，在冷卻處理后借助錘子的沖擊力作用于陽極組件。結果，陽極活性材料層與集電器的分離此例子3的情況更容易。
在主要集中在活性材料和集電器的回收的同時進行的前述例子1到5的任何一個中，能容易且有效地進行電池組件的回收。
順便說說，在前述例子1到5中，已描述了可充電鋰電池、鋰原電池和可充電鎳-金屬氫化物電池的電池組件的回收。應當明白這些例子僅用于示意說明，并且本發(fā)明能任意地應用在任何種類的電池，該電池具有包括形成在集電器上的活性材料層的電極，以便回收它們的電池組件。
從上述說明中顯而易見，本發(fā)明具有如下所述的各種顯著優(yōu)點。根據本發(fā)明，對于包含形成在集電器上的活性材料層的電極的給定電池，它的構成組件以合理成本被有效地分離并且單獨回收，而不損壞它們。特別是能容易地進行電池組件的回收，具體地說是集電器和活性材料的回收，并且能理想而有效地循環(huán)這些回收的電池組件用于電池制造。
權利要求
1.一種用于回收電池的構成組件的回收方法，所述電池具有電池殼，電池組件裝配在其中并由所述電池殼密封，電池組件至少包括至少包括形成在集電器上的活性材料層的電極，所述方法包括如下步驟(i)打開所述電池殼；(ii)從所述電池殼中取出所述電池組件；(iii)把在所述步驟(ii)中取出的所述電池組件分成包括所述電極的單個組件；以及(iv)通過至少冷卻電極把熱沖擊作用于在所述步驟(iii)中分開的電極，從而把電極的活性材料層與集電器分離。
2.根據權利要求1的回收方法，其中冷卻電極進行一次或多次。
3.根據權利要求1的回收方法，其中步驟(iv)包括加熱電極的步驟。
4.根據權利要求3的回收方法，其中加熱電極進行一次或重復多次。
5.根據權利要求1的回收方法，其中步驟(iv)包括把沖擊能或振動能作用于電極，從而從集電器剝離并分離活性材料層的步驟。
6.根據權利要求1的回收方法，其中步驟(iv)包括用固化時具有使體積膨脹特性的液體材料充滿包括形成在集電器上的活性材料層的電極的孔中，并且快速冷卻孔中充滿所述液體材料的電極，從而固化并使包含在電極的孔中的液體材料體積膨脹，由此使活性材料層與集電器分離。
7.根據權利要求6的回收方法，其中活性材料層的孔中充滿液體材料。
8.根據權利要求6的回收方法，其中液體材料是其主要成分是水的液體材料。
9.根據權利要求6的回收方法，其中液體材料含表面活性劑。
10.根據權利要求6的回收方法，其中在減壓條件下用液體材料充滿電極的孔。
11.根據權利要求1的回收方法，其中電極含有用在其中的粘合劑，并且電極冷卻到比所述粘合劑的玻璃化轉變溫度低的溫度。
12.根據權利要求1的回收方法，其中活性材料層含有用在其中的粘合劑。
13.根據權利要求12的回收方法，其中電極冷卻到比所述粘合劑的玻璃化轉變溫度低的溫度。
14.根據權利要求12的回收方法，其中在步驟(iv)中活性材料層與集電器分離后，把活性材料層快速冷卻到比粘合劑的玻璃化轉變溫度低的溫度，并且把活性材料層粉化。
15.根據權利要求1的回收方法，其中通過把電極浸在液氮中來冷卻電極。
16.一種用于回收電池的構成組件的回收裝置，所述電池具有電池殼，電池組件裝配在其中并由所述電池殼密封，電池組件至少包括至少包括形成在集電器上的活性材料層的電極，所述裝置包括(a)用于打開所述電池殼的裝置；(b)用于從所述電池殼中取出所述電池組件并沖洗所述電池組件的裝置；(c)用于把所述電池組件分成包括所述電極的單個組件的裝置，及(d)用于至少通過冷卻電極把熱沖擊作用于電極上，從而分離活性材料層與集電器的裝置。
17.根據權利要求16的回收裝置，其中裝置(d)包括用于加熱電極的裝置。
18.根據權利要求16的回收裝置，其中裝置(d)包括用于把沖擊能或振動能作用于電極的裝置。
19.根據權利要求16的回收裝置，其中裝置(d)包括把具有固化時使體積膨脹特性的液體材料充滿包含形成在集電器上的活性材料層的電極的孔中的充填裝置，以及用于冷卻孔中充滿所述液體材料的電極的冷卻裝置。
20.根據權利要求19的回收裝置，其中通過冷卻裝置把電極冷卻到比液體材料的固化溫度低的溫度。
21.根據權利要求19的回收裝置，其中充填裝置包括在其內至少容納電極和液體材料的容器以及用于降低所述容器內壓的排氣裝置。
22.根據權利要求21的回收裝置，其中容器至少設有把液體材料供給容器的液體儲存器和用于把液體材料從容器返回到液體儲存器的裝置。
23.根據權利要求19的回收裝置，其中液體材料是其主要成分是水的液體材料。
24.根據權利要求16的回收裝置，其中液氮用于裝置(d)中，以便冷卻電極。
25.一種通過使用根據權利要求1的回收方法回收的電池的活性材料和/或集電器來制造電池的方法。
全文摘要
一種用于回收電池的構成組件的回收方法,電池至少具有形成在集電器上的活性材料層,所述方法至少包括通過至少冷卻電極來把熱沖擊作用于電極從而分離所述活性材料層與所述集電器的步驟。
文檔編號H01M10/54GK1191397SQ9712977
公開日1998年8月26日 申請日期1997年12月24日 優(yōu)先權日1996年12月24日
發(fā)明者川上總一郎 申請人:佳能株式會社