[发明专利]一种安全回收锂离子电池负极的方法及装置

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种安全回收锂离子电池负极的方法，以及实施该方法采用的装置，属于锂离子电池回收技术领域。

背景技术

从国家《节能与新能源汽车产业发展规划（2012～2020）》中描绘的纯电动汽车和混合动力汽车产量规划蓝图预示了我国电动汽车将呈级数增长，未来几年电动汽车车用电池也将达数百亿安时。预计未来几年，在锂离子电池使用寿命结束后将会产生大量的回收电池。电池经使用后拆解回收得到的负极片暴露在空气中极易燃烧，具备极大的安全隐患。

目前国内外现有技术解决负极易燃问题主要是通过前期对电池整体的消电处理，如低温冷冻、穿孔放电、机械粉碎、短路放电等方法，基本上都是对电池进行整体上破坏，经过上述处理的锂离子电池隔膜融化或者隔膜、铜铝箔、正负极材料混合，只能通过湿法或者火法提取其中的元素，无法实现各种材料的分类回收，即污染环境又浪费能源。而目前新型的回收技术工艺多为在无损电芯的条件下将电池拆壳，分离出正负极片，经过洗脱后得到正负极集流体、正负极材料、隔膜、极柱等，从而达到材料分类回收的目的，并且可实现正负极材料的再生。然而，新型回收工艺的消电方式为在电池拆壳前进行放电处理，并不能实现负极锂的完全脱出，因此在负极片堆积后，碳间层化合物和锂与空气中水反应极易燃烧，同时负极片上残留的六氟磷酸锂与空气中水反应产生的氢氟酸对员工身体造成严重伤害。例如中国专利（CN102051484A）公开的一种锂离子电池残次负极极片上可用物质回收再利用方法，将负极片破碎成小块，置于水中搅拌以溶掉极片上的涂层物质，过滤，分离即得再生浆料和极片基体，但处理过程存在极大的安全隐患。

针对新型的回收技术，国内外部分公司在处理负极片时采用火法焙烧，此方法亦可消除负极片的安全隐患，但是不能实现负极集流体和负极活性材料的分类回收，回收率低，同时消耗大量的能源。例如中国专利（CN102017276A）公开的一种废旧磷酸铁锂动力电池的回收利用方法，将负极片在100～400℃的高温环境中焙烧1～12h，通过火法焙烧的方法来消除负极的安全隐患和达到负极集流体和负极材料分离的目的，但高温焙烧消耗大量的能源。另一中国专利（CN101944644A）也公开的一种锂离子电池负极材料回收方法，将负极片放置在400～600℃的高温炉中高温焙烧5～50min，负极片上的锂在高温炉中可实现钝化，并且高温焙烧促使粘结剂失去粘结效用，达到集流体和负极材料分类回收的目的，但同样采用高温焙烧，能源消耗较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全回收锂离子电池负极的方法。

同时，本发明还提供一种安全回收锂离子电池负极的装置。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种安全回收锂离子电池负极的方法，包括以下步骤：

（1）在惰性气体保护下，注水淹没并浸泡置于封闭容器内的负极片；

（2）浸泡后用空气置换容器内废气并导出；

（3）从容器中取出负极片，置于清洗溶剂中清洗后分离得到负极集流体和负极材料，分类回收即可。

所述步骤（1）中的负极片来自生产报废品和寿命周期结束的报废锂离子电池。

所述步骤（1）中负极片以密封堆叠的方式置于容器中，一方面能减少负极片与空气的接触面从而降低负极自燃的可能性，另一方面有序密集堆叠能减小体积，节省放置空间。

所述步骤（1）中注水淹没并浸泡负极片的目的为碳间层锂化合物及负极片上析出的锂与水反应，使负极活性材料表面蓬松，有利于负极集流体与负极活性材料涂层的分离。

所述步骤（1）中注水淹没并浸泡负极片时，负极片上的锂、碳间层锂化合物易于水反应产生易燃气体，伴随热量释放，因此容器及容器内器件均需采用耐腐、耐热材质；同时，负极片上残留的电解质LiPF6与水反应产生HF，而HF的致死量为50ppm，因此要保证封闭容器的气体泄漏率小于0.05vol%/h，且耐HF酸性气体腐蚀。

所述步骤（1）中注水淹没并浸泡负极片时，水的高度超过负极片堆叠高度1～2cm，以避免部分负极片未与水接触而不完全钝化。

所述步骤（1）中惰性气体为氮气、氩气等不会对电解液及反应生成的易燃气体如H₂、C₂H₂等起助燃作用；在注水淹没并浸泡负极片的过程中，惰性气体在容器内弥散，隔离负极片与助燃气体。

所述步骤（1）中注水淹没负极片后即可停止通入惰性气体。