一种从废旧锂电池磁选分离正负极粉的方法技术

本发明专利技术公开一种从废旧锂电池磁选分离正负极粉的方法。采用剪切破碎机，在氮气气氛下一次性破碎带电状态废旧锂电池，破碎物料为30～40mm大片状；电解液高温分解产生的二氧化碳气体，破碎物料中的石墨，隔膜和正负极中的粘接剂分解产生的碳，共同作为碳还原剂，与废旧锂电池正极材料产生碳还原反应，赋予正极材料磁性。采用强磁分离系统将磁性正极材料和非磁性物料分离，再分别通过水动力分选机进行分离，最终得到正极粉、负极粉、铝箔和铜箔。正极粉、负极粉及金属回收率都在98％以上，品位高；回收过程同时回收金属铝和铜，回收利用产值提高25％；本发明专利技术能处理三元锂电池和磷酸铁锂锂电池，适应大规模工业化生产，具备极高的经济效益。效益。效益。

【技术实现步骤摘要】
一种从废旧锂电池磁选分离正负极粉的方法


[0001]本专利技术涉及锂电池回收利用，具体涉及一种从废旧锂电池磁选分离正负极 粉的方法。

技术介绍

[0002]自2014年开始，我国新能源汽车开始大量普及，产销量位居全球第一， 且新能源车年产销量逐年上升，最新数据显示，中国新能源汽车保有量约603 万辆，约占全球新能源汽车总量的50％。按新能源车锂动力电池5～8年的使用 年限计算，2020年以来，中国每年都会面临大量的锂动力电池报废回收。
[0003]中国汽车技术研究中心数据显示，2020年我国动力电池累计退役量约20 万吨，2025年累计退役量预计约78万吨。从旧锂电池中回收其所含锂、钴、 镍、锰等有价金属经济效益十分显著。
[0004]动力电池需要的钴、镍、锂等原材料都是非常重要的战略资源，但中国在 钴、锂和镍等有色金属的矿产储藏量方面尚不能满足国内需求，目前80％的钴 以及70％的锂、镍资源都依赖进口，显然从旧锂电池中回收利用有价金属是解 决国内需求的重要途径。
[0005]目前绝大多数旧锂电池回收利用还是采用传统方法，拆解PACK包后，进 行破碎热解分离，最终以正负极混合黑粉为产品。如中国专利技术201811288947.1 涉及一种废锂离子电池破碎分选工艺，最终得到的只是正负极混合粉。中国发 明201810711557.4涉及一种锂电池的物理法回收工艺，最终得到的也是正负 极混合粉。
[0006]然而，采用正负极混合黑粉作为湿法冶金的原料进行回收有价成分，在工 艺合理性和减少碳排放两方面都是极不合理的。在后续湿法冶金过程中，负极 石墨粉不含镍钴锰只含锂元素，在已经还原焙烧的前提下只用水浸出，即得到 含锂离子溶液，而正极物料的镍钴锰需用强酸和还原剂浸出，才能得到含镍钴 锰离子的溶液。负极粉和正极粉所含有价成份不同，应采用不同的处理工艺。 而负极石墨粉与正极粉料混合一起进行处理，有如下不合理：一方面负极粉占 黑粉体积一半，降低了浸出设备的处理能力，其次负极所含锂元素在有价金属 的萃取和分离过程中流失，导致锂的回收率偏低；三是石墨粉只能作为不溶渣 排出，会夹带正极中的有价元素和浸出酸，多消耗浸出物料，增加了回收成本， 又降低有价成分的回收率，最后因夹带金属和酸，石墨粉渣有被定为危化品的 风险。以上几方面说明回收工艺只产出正负极混合黑粉的不合理性。
[0007]目前旧锂电池湿法回收企业更倾向于处理已分离的正极粉和负极粉。
[0008]从废旧锂电池回收过程中分别得到正、负极粉，主要有重力分选和磁力分 选两种方法。中国专利技术201910045259.0涉及一种废旧锂电池回收工艺，旧锂电 池破碎后，初级破碎物料经磁选分出铁质，再深度破碎后，经重力分选机获得 正极物料和负极物料，正极物料再经气流分选得到铝粉和正极粉。此专利技术的不 足之处在于干式重力分选不能完全分开正负极材料，深度破碎后的正、负物料 会相互夹杂，正、负极粉回收率和品位都不会很高；其次是处理过程不环保， 破碎时溢出电解液仅由电解液吸附装置进行吸附回收，整个流程
都会被电解液 污染；干式风选不能完全避免粉尘外溢，现场环境灰尘多，车间粉尘存在燃爆 风险。
[0009]中国专利技术201910822119.X涉及一种绿色高效回收废旧锂电池中有价金属 镍钴锰的方法，锂电池先自放电后再破碎，在400～450℃下高温热解，物料经 高频振动筛筛分后，分离出正极材料，湿磨处理正极材料，再用水力旋流器进 行分级，旋流器溢流出的矿浆，再用高梯度强磁选机进行磁选。此专利技术实质是 采用振动筛筛分分离正极材料，此方法正、负极粉相互夹杂较多，品位不高， 后续对正极材料的湿磨磨细、分级和磁选，导致正极粉多次损失，正极粉回收 率低。其次高温热解温度低，不能完全分解正极中粘接剂PVDF，氟成份会进 入后续各个工序物料中；采用盐溶液浸泡法预放电，渗入盐溶液的电解液在后 续处理过程又会污染环境。此回收方法只能回收部分正极粉，其它金属难以回 收，经济效益不能满足企业增值需求。
[0010]中国专利技术201911301731.9涉及一种废旧锂电池正负极材料分离方法及其装 置，是将废旧锂电池正负极材料在高温850～1000℃下还原焙烧，时间2～5小时， 使正极材料中Co、Ni金属转化为具有磁性的单质金属形态，再研磨配成8％～20％ 的稀浆，经两段磁选得到正极物料和石墨。本专利技术需高温焙烧还原出金属，还 原时间较长，能耗高；焙烧温度高于铝箔熔点，铝箔熔融粘连正负极物料，影 响磁分选效率。物料被研磨配成稀浆又导致铜粉、铝粉与非磁负极粉相混，负 极粉需进一步分离提纯，回收率和品位难以保障，回收过程经济效益不明显。
[0011]因此，有必要提供一种工艺经济适合大规模生产、回收率高，且回收 过程节能减排，对环境友好、无二次污染，并能同时回收有价金属，能把 正极粉和负极粉有效分离的方法。

技术实现思路

[0012]针对现有技术的上述不足，本专利技术提出了一种从废旧锂电池磁选分离正负 极粉的方法，通过高温热解、碳还原赋予废旧锂电池破碎后正极片磁性进而实 现磁选分离，解决了现有技术中正极和负极不能有效分离，回收率低、正极粉 和有价金属品位不高，不符合节能减排、现场环境灰尘多，并存在安全隐患的 诸多问题。
[0013]本专利技术采用如下技术方案实现：
[0014]一种从废旧锂电池磁选分离正负极粉的方法，包括如下步骤：
[0015](1)在氮气保护下，采用剪切破碎机对废旧锂电池一次破碎，挥发的电 解液送入热解气燃烧处理系统处置，净化后达标排放；
[0016](2)在氮气气氛中，500～600℃下高温热解步骤(1)所得破碎后物料， 电解液高温分解产生的二氧化碳气体，破碎物料中的石墨，以及隔膜和正负极 中的粘接剂分解产生的碳，共同作为碳还原剂，与废旧锂电池正极材料产生碳 还原反应，赋予正极材料磁性(正极材料中的过渡金属，还原转化为带磁性的 低价态氧化物)，所燃烧废气进入热解气燃烧处理系统处置，净化后达标排放；
[0017]碳还原反应如下反应式所示：
[0018]LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2+CO
→
Li2CO3+NiO+CoO+MnO+CO2+O2ꢀꢀ
(a)
[0019]C+CO2＝2CO
ꢀꢀ
(b)
[0020](3)采用强磁分离系统分选出磁性物料和非磁性物料，磁性物料包括正 极片、正极粉(少量)的正极混合物料，磁性外壳及桩头，非磁性物料包括负 极片、负极粉的负极混合物料，非磁外壳及桩头；
[0021](4)将磁性物料通过水动力分选机，分选出其中的重质磁性外壳及桩头， 轻质的包括正极片、正极粉的正极混合物料，再通过湿法剥离系统，剥离正极 片上的极粉，过筛、分离出湿态的正极粉和铝箔，正极粉脱水烘干得到产品正 极粉，湿铝箔烘干后得到铝箔副产品；
[0022](5)将非磁性物料通过水动力分选机，分选出其中的重质外壳及桩头本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从废旧锂电池磁选分离正负极粉的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在氮气保护下，采用剪切破碎机对废旧锂电池一次破碎，挥发的电解液送入热解气燃烧处理系统处置，净化后达标排放；(2)在氮气气氛中，500～600℃下高温热解步骤(1)所得破碎后物料，电解液高温分解产生的二氧化碳气体，破碎物料中的石墨，以及隔膜和正负极中的粘接剂分解产生的碳，共同作为碳还原剂，与废旧锂电池正极材料产生碳还原反应，赋予正极材料磁性，所燃烧废气进入热解气燃烧处理系统处置，净化后达标排放；碳还原反应如下反应式所示：LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2+CO
→
Li2CO3+NiO+CoO+MnO+CO2+O2ꢀꢀ
(a)C+CO2＝2CO
ꢀꢀ
(b)(3)采用强磁分离系统分选出磁性物料和非磁性物料，磁性物料包括正极片、正极粉的正极混合物料，磁性外壳及桩头，非磁性物料包括负极片、负极粉的负极混合物料，非磁外壳及桩头；(4)将磁性物料通过水动力分选机，分选出其中的重质磁性外壳及桩头，轻质的包括正极片、正极粉的正极混合物料，再通过湿法剥离系统，剥离正极片上的极粉，过筛、分离出湿态的正极粉和铝箔，正极粉脱水烘干得到产品正极粉，湿铝箔烘干...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴光辉，甄必波，谭卫宁，刘心，
申请(专利权)人：湖南江冶新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：