[发明专利]一种电池正/负极材料的高效剥离方法

说明书

本发明属于电池材料回收技术领域，公开了一种电池正/负极材料的高效剥离方法，包括如下步骤：在惰性气氛下，采用高温短时加热方法对电池正/负极片进行快速升温至高温，并进行短时间的高温热处理，随后经过快速冷却，即实现电极材料和集流体的剥离。本发明可实现正负极材料和金属集流体的完全分离，且处理过程中正负极材料和金属集流体的损失量小至可忽略不计，同时实现正负极材料和金属集流体的高纯度、低损耗回收，有利于后续回收处理或转化利用。

技术领域

本发明属于电池材料回收技术领域，具体涉及一种电池正/负极电极材料的高效剥离方法。

背景技术

随着2020年“双碳”目标的提出，我国显著加快了能源结构的转型，将从传统的以化石能源为主逐步过渡到以水电、风能、太阳能等为主的清洁能源。预计到2025年锂离子电池将占据新能源市场70％份额。随着锂离子电池产量的急剧提升，作为锂离子电池重要原材料的金属锂、铜等金属的价格将一路走高。同时，废弃锂离子电池的不当处理不仅存在燃烧和爆炸的风险，而且电池内部的重金属元素和有机物将造成水土污染、大气污染等问题。因此，回收废弃锂离子电池将显得尤为重要。

目前对锂离子电池的回收中主要包括：湿法冶金、干法冶金以及直接再生，但是湿法冶金、干法冶金存在回收效率低、周期长、二次污染、能耗大等问题，而直接再生作为最有前景的回收方法吸引了越来越多研究者的兴趣。直接再生就是利用物理和化学的方法实现电极材料的直接再生，但是在获取电极材料的过程中由于粘结剂的存在，加上电极生产工艺过程中的辊压工艺，使得电极材料和集流体紧密地结合在了一起，很难实现高效快捷的分离。目前常用的分离手段包括高温烧结以及溶液浸泡，采用高温分解或者有机溶剂浸泡溶解除去电极材料中的粘结剂。但是这个过程中存在能源消耗大、时间长、产生大量废水和废气、效率低以及对电极材料成分和结构有一定破坏等问题。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种高效、便捷、能耗低、环境友好的可实现电极材料与集流体的分离的方法。通过本发明方法可以得到高纯度的电极材料以及集流体，实现集流体的直接回收，同时为下一步电极材料的直接再生提供便利。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种电池正/负极材料的高效剥离方法，包括如下步骤：在惰性气氛下，采用高温短时加热方法对电池正/负极片进行快速升温至高温，并进行短时间的高温热处理，随后经过快速冷却，即实现电极材料和集流体的剥离。

优选的，所述高温温度为800～2500℃。

优选的，所述短时间为10ms～10s。

优选的，所述高温短时加热方法为脉冲加热方法，优选通过焦耳热直接加热、热传导加热或光源辐射加热的方法实现。

其中，(1)所述焦耳热直接加热法是采用恒流/恒压电源，对正/负极极片进行通电加热，通过控制电压大小(1～500V)、电流大小(0.1～100A)和持续时间(10ms～10s)，调控加热温度和时间；通过控制电压/电流的上升速率，调控升降温速率；通过控制电压/电流的下降速率或风冷、金属滚柱降温的效率，调控降温速率。(2)热传导加热法，采用恒流/恒压电源对碳基焦耳热材料进行通电加热，以碳基材料为热台，通过物理接触传热作用，实现电池极片高温短时热处理；其中，控制脉冲电流(电压)的波形、大小和脉冲时间，分别控制升降温速率、热处理温度和时间。也可采用持续高温热源(如：高温滚柱、高温腔室)，将电池极片快速通过高温热源(800～2500℃)，通过速度视沿速度方向热源的尺寸而定，加热时间为10ms～10s；升温速率由热源和极片温差决定，降温速率由极片和环境温差决定，亦可使用风冷、金属滚柱降温等冷却方式。(3)辐射加热法，包括闪光灯照射加热法和脉冲/连续激光加热法，利用电池极片涂层中碳基材料(石墨或碳黑)的对紫外、可见、红外光的强烈吸光特性，采用脉冲式氙灯或可见光至红外任意波长激光对极片进行辐照处理，实现正/负极极片的高温短时处理，控制光的强度和持续时间，可调控热处理温度和时间；控制脉冲的波形，可调控升降温速率。