[发明专利]废旧磷酸铁锂动力电池的回收利用方法

说明书

技术领域：本发明涉及二次电池，尤其涉及废蓄电池有用部件的再生，特别是涉及废旧磷酸铁锂动力电池的回收利用方法。

背景技术  随着电动汽车产业的发展，对高能动力电池的需求迅速上升。近期出现的磷酸铁锂电池即是最有代表性的一种动力电池，其安全性好、比能量高、使用寿命长，已达到5～7年。随着磷酸铁锂电池产业的发展，将会逐渐有寿命终止的电池退出使用，而如何处置这些废旧电池将是一个重要问题。与手机、个人便携终端等使用的锂离子二次电池不同，动力电池一般单体蓄能较高，大多在30～700Wh，甚至有些达到10kWh，与传统小型个人便携终端用锂离子二次电池的1～8Wh相比，电池体积和容量高出近百倍。而且磷酸铁锂动力电池价格昂贵，为0.5USD/Wh以上，自然其单只废旧电池所具有的残余价值也是小型锂离子二次电池所不能比拟的。一只磷酸铁锂动力电池，其正极片占到总成本的30％左右，也就是说一只单体磷酸铁锂电池正极片的价值是4～110USD。我们知道，磷酸铁锂电池的电解液溶剂是小分子有机物，如碳酸脂，如不加处理而将这些废电池直接丢弃，一旦电解液泄漏就会污染环境，甚至引起火灾；磷酸铁锂电池虽然安全性优异，但在极端条件下，如撞击、短路或高温，就有燃烧或爆炸的潜在危险。出于经济、环境保护和安全考虑，对寿命终止的磷酸铁锂动力电池进行回收、再生是必须和必要的。

磷酸铁锂电池是锂离子二次电池的一种，现有技术对废旧小型锂离子二次电池的回收利用，通常是先用机械压力将电池分解，再用焚烧或化学方法将活性物质、箔片和外壳分离。如中国专利申请CN 101212074A公布的“一种锂离子电池正极材料的回收方法”，就是将正极片取出后放入溶剂中浸泡，该溶剂是有机物或水。浸泡后的极片分为两部分，一是金属集流体，二是活性物质，通过过滤等方式将金属集流体取出。剩余的带有活性物质的混合物通过烘干等方法获取。

另一中国专利申请CN 101383441A公布的“一种磷酸铁锂电池正极废片的综合回收方法”，是先将回收到的磷酸铁锂正极片进行机械粉碎，再将得到的碎片放入具有防氧化惰性气体保护的烧结炉中高温热处理，然后通过机械分离或者超声波振动将铝箔和活性物质分离。再将活性物质置于一定温度下烘烤，并分级回收。

由美国专利US 6,514,311B1公布的“Clean Process of Recovering Metals fromWater Lithium Iron Batteries”(从废锂离子电池回收金属的无污染方法)，是采用煅烧方法将电池破坏分解，然后再用电解方法将电池的集流体和活性物质分离，从中提取出贵重金属。

上述诸方法均是先用机械或焚烧方法将电池分解开，再通过化学溶剂使活性物质和集流体实现分离，所述方法存在以下缺点：

首先，机械或焚烧等破坏力较强的方法不适用于高能动力电池，毕竟动力电池的蓄能高出小型锂离子电池近百倍，体积一般也较大，散热不如小型锂离子电池好，机械力将动力电池破解开容易导致电池短路而集聚大量热能，容易起火燃烧；焚烧破解的方法更不可取，大型动力电池遇热爆炸的破坏力是小型锂离子电池不能比拟的。同时，这种破解方法将使电池外壳、正负极集流体、正负极活性物质混在一起，给后续处理带来麻烦。

其次，用溶液浸泡分解后的电池碎片，过滤沉淀物时会用到大量的溶剂；这些溶剂大多是有机物，如果不能回收利用，将会造成新的环境污染；

其三，利用高温处理分解后的碎片，将消耗大量的燃料或电能；

最后，利用电解方法回收各种金属，众所周知，是一种高能耗、高污染的工艺。

此外，磷酸铁锂作为动力电池正极活性物质材料，其本身是橄榄石结构，晶体结构非常稳定，锂离子在嵌入和迁出的时候，本身晶体结构变化很小，决定了其较长的循环使用寿命。A123公司和Valance公司均宣称其电池循环使用寿命可达到7000次以上。检验2000次循环后寿命终止的磷酸铁锂动力电池也发现，磷酸铁锂正极片外观良好，并没有严重的活性物质膨胀脱落，但是负极活性物质膨胀脱落严重。这说明该动力电池寿命终止是因为负极活性物质结构失效，这也与一般的人造石墨负极板使用寿命是相符的。现有技术回收方法是将磷酸铁锂正极片的活性物质和集流体分离，没有考虑直接再使用这些磷酸铁锂正极片，从而提升该正极片的有效使用价值。