[发明专利]一种基于选择性强化破碎方法的废旧锂离子电池回收工艺

说明书

本发明公开了一种基于选择性强化破碎方法的废旧锂离子电池回收工艺，包括以下步骤：采用分析测试技术从微观尺度上对各级破碎颗粒进行化学组成、粒度、微观形貌、物相进行分析表征；获取破碎机、微波、水介质、冲击速度、施力方式的影响，明确各影响因素与颗粒特征之间的对应关系，建立最优的选择性强化破碎条件；有机溶剂萃取以及分子精馏，对有机质分离，避免高温热解而产生二次污染物；通过深共晶溶剂进行金属浸出，并用超临界流体/亚临界流体萃取金属及其养护物；利用超临界流体/亚临界流体萃取和负极材料原位制备石墨烯；本发明面向废旧电池的全组分回收策略，即对电池中各种材料成分的化学资源的整体性回收及综合利用。

技术领域

本发明涉及废旧电池处理领域，尤其涉及一种基于选择性强化破碎方法的废旧锂离子电池回收工艺。

背景技术

近年来，我国新能源汽车和锂电池市场发展迅猛，锂电池上游原材料价格快速攀升。作为我国的战略性新兴产业，锂电池作为新能源汽车和其他电子产品的“心脏”，其重要性不言而喻。

据估测，2022年我国新能源汽车的销量将达到500万辆。然而，我国生产动力电池所需的金属资源主要依赖进口。随着新能源汽车产销量持续创新高，原材料供需矛盾日益突出。我国锂、钴、镍、锰对外依存度超过90％。中国是全球最大的锂消费国，2021年锂需求占到全球的60％以上。废旧的锂离子电池中贵重金属资源含量远高于天然矿石，实现其中金属元素的循环再利用，是缓解资源枯竭现状、发展锂离子电池的循环经济的重要途径。在电池产量日益增加、产品大量投放市场的同时，废旧锂电池的回收变得更加重要。

2021年，全球锂离子电池市场规模达到545GWh，其中中国市场规模约324GWh，约占全球市场的59.4％。其中锂离子电池的主要应用领域之一为动力电池，2021年占锂离子电池市场份额高达71％。按照动力电池的平均使用寿命5-8年计算，第一批投入市场的动力电池将在2022年迎来退役。2021年我国动力电池的报废量累计约为20万吨，累计废旧动力电池将达15.16GWh。在未来5年，国内累计退役动力电池将会达到80万吨。据测算，2023年全球电池回收市场空间将超2800亿元。我国废旧动力电池可回收的磷酸铁、碳酸锂、硫酸镍、硫酸钴以及硫酸锰总质量将分别达到103.9万吨、19.3万吨、69.9万吨、29.0万吨以及15.4万吨，这些金属所创造的回收市场规模将达260亿元。

环保需求、动力锂电池回收的经济性和政策支持是驱动锂电回收业务发展的三大主要动力。大量报废的锂离子电池若得不到及时良好的处理，将会对环境造成污染，危害人体健康，造成资源浪费。因此，动力电池回收利用，不仅有效减排，践行“双碳”目标，还可缓解动力电池原材料供应和价格难题，是实现生态效益与经济效益双赢的上佳选择。

不同动力锂电池正极材料中所含的有价金属成分不同，其中潜在价值最高的金属包括钴、锂、镍等。当前正处于风口的新能源电动车直接带动了动力电池回收价格的水涨船高，加之外部因素影响动力电池原材料供应不足，共同导致了动力电池回收价格攀升。碳酸锂、氢氧化锂、镍、钴、锰、铁、铝和电解液等原材料都出现不同程度的上涨，甚至有的原材料以10倍的幅度猛涨，出现“废料贵过新货”，折扣系数倒挂的现象。“一货难求”已经成为了当前锂电池企业原材料采购的现状。

一般来说，传统的废旧电池的回收处理过程主要包括预处理、二次处理和深度处理，其中，预处理过程包括深度放电过程、拆解、破碎、物理分选；二次处理的目的在于实现正负极活性材料与基底的完全分离，常用热处理法、有机溶剂溶解法、碱液溶解法以及电解法等来实现二者的完全分离；深度处理重要包括浸出和分离提纯2个过程，提取出有价值的金属材料。

目前，针对废旧锂离子电池回收的普适性方案中大部分是针对正极活性材料的回收，而忽视了负极材料和其他组分，因此，还存在回收目标狭窄、资源浪费和易产生二次污染物等问题。