[发明专利]废旧锂电池回收中集流体的高效剥离方法

说明书

技术领域

本发明涉及废旧电池的回收和综合利用，特别涉及废旧锂电池的物理拆分。

背景技术

随着移动通讯、手提电脑、数码相机、数码摄像机和其它小型电动工具的普及，我国已经成为世界上锂离子电池的生产和消费大国。目前，我国锂离子电池产量已经达到近10亿颗，人均电池消费量约为0.6颗/年，超过世界总量的1/5，位居世界第一。巨大的电池消费带来了数目惊人的废电池，然而目前我国回收率还不足2％。大量废旧电池废弃，当中有相当部分直接混入垃圾中，这不仅是一种资源浪费，而且对环境造成污染。因此，锂离子电池的综合回收利用不仅具有环保社会效益，还具有很好的经济效益。

锂离子电池的正极材料主要为钴酸锂，分析结果表明：每只电池平均含钴15％，含锂1.5％，含铜10％，含铝5％，其中Co属于战略性有色金属，价格昂贵。目前，废旧锂离子电池的回收主要采用湿法冶金的工艺，即采用HCl、H₂SO₄、HNO₃等强酸对电池活性材料粉体进行溶解浸出，然后再通过萃取、沉淀等方法分离出电池中的钴、铝、铜、锂等有价金属元素。无论采用何种工艺，锂离子电池的拆分都是回收工艺中首当其冲的第一道程序。目前的回收企业基本上以人工拆分为主，尤其是电芯的正、负极片集流体的剥离问题，受粘结剂等作用，附着力很强，人工剥离效率非常低，并且集流体上连带大量钴酸锂和炭负极粉末，剥离效果很不理想。郭丽萍等(应用化学，2006，23(10)：p1182)曾报道过采用乙醇浸泡的方法来剥离正极片上的铝箔，这种方法环境污染大，成本高，剥离效果并不理想。如何实现集流体的高效率流水线剥离工艺，对大规模废旧锂电池的回收非常重要。

发明内容

本发明的目的在于解决目前锂电池回收中集流体剥离效率低、成本高、剥离效果不好的问题，提出一种高效率剥离废旧锂电池集流体的方法，该方法能使钴酸锂、炭粉末自动从集流体上脱落，剥离效率高，成本低，无污染，能实现流水线机械自动化作业。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：将废旧锂电池的电芯机械破碎至1～5mm，150～600℃下进行热处理，热处理后的粉料通过振动筛分，筛下部分为钴酸锂和炭粉末，筛上部分为铜片和铝片。

上述方法中，对粉体进行热处理的时间最好为1～8小时，振动筛分时筛孔最好为20～100目。

在本发明中，通过振动筛分实现筛上部分的铜片和铝片与筛下部分的钴酸锂和炭粉末的分离后，可进一步用2～4％的NaOH溶液溶解筛上部分，然后过滤，从滤液中以氢氧化铝的形式回收铝，从滤渣中得到铜。

本发明利用集流体与正负极粉体材料的物理特性差异，通过破碎和热处理破坏粘结剂、粉体和集流体之间的粘结作用，利用粉体与金属片热胀冷缩性质的差异，使钴酸锂、炭粉末自动从集流体中脱落。本发明可实现集流体与正负极粉体材料剥离工序的流水线机械自动化作业，可降低废旧锂电池物理拆分的劳动强度至少降低50％，拆分效率提高40～50％，降低了人工成本，并为大规模废旧锂电池的回收利用奠定了基础。

在本发明的热处理过程中，由于铜有炭负极的保护作用，因此基本不会被氧化成氧化铜，从而在实现集流体和钴酸锂粉体剥离的同时，还可以高效率回收铜和铝，将集流体的剥离与铜、铝集流体的回收工序融合一体，过程简单，成本较低。

附图说明

图1：本发明的工艺流程图

具体实施方式

实施例1：10kg废旧手机锂电池，经拆分去壳，得壳2.64kg，电池芯7.36kg。将电池芯破碎到1～5mm，在450℃下热处理2小时，热处理后的粉料过80目振动筛分。将筛下的钴酸锂的粉体用4％NaOH溶液洗涤除去其中的少量三氧化二铝，过滤洗涤后，送浸出工序浸出。筛上的铜片和铝片用3％的溶液溶解，用碳酸氢氨调节pH值8～9，沉淀出白色氢氧化铝，过滤洗涤干燥得氢氧化铝1.47kg，铝回收率约87.4％。过滤后的滤渣得到1～5mm的铜片，通过熔融成锭后得到优质紫铜0.92kg，铜回收率98.6％。铜片夹带的少量钴酸锂走渣，渣返回浸出提钴和锂。

实施例2：1吨废旧锂离子电池，电池芯破碎到1～5mm，在250℃下热处理7小时，热处理后的粉料过30目振动筛分。将筛下的钴酸锂的粉体用4％碱液洗涤除去其中的少量三氧化二铝，过滤洗涤后，送浸出工序浸出。筛上铜片和铝片用4％的碱溶液的溶解，过滤，滤液用碳酸氢氨调节pH值8～9，沉淀、过滤、洗涤、干燥得氢氧化铝；滤渣为1～5mm的铜片，通过熔融成锭后得到优质紫铜。铜片夹带的少量钴酸锂走渣，渣返回浸出提钴和锂。