一种等离子超声回收废旧锂离子电池的方法技术

一种等离子超声回收废旧锂离子电池的方法，先将废旧锂离子电池的残余电量清空，再在持续抽真空的条件下将外壳切开、脱除以得到电芯，并抽取电解液，然后将电芯放入封闭的反应箱内，再向箱中输送酸溶液以使酸溶液淹没电芯、等离子体仪，然后启动超声空化器以生成空化气泡，再用等离子体仪对空化气泡中的气态分子进行解离以生成高活性粒子，然后由高活性粒子与电芯中的活性物质发生碰撞反应，直至集流体上没有附着物，关闭等离子体仪，再从反应箱的底部排出粉液混合物，然后过滤以获得滤渣与滤液，滤液为活性物质中金属离子的溶液。本设计不仅不需要对电池进行整体破碎，不需要使用大量的酸、碱试剂，而且回收利用效率较高，环保性较强。性较强。性较强。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子超声回收废旧锂离子电池的方法


[0001]本专利技术涉及一种废旧锂离子电池的回收方法，属于新能源、电化学、物理与湿法冶金技术交叉领域，尤其涉及一种等离子超声回收废旧锂离子电池的方法。

技术介绍

[0002]废锂离子电池的主要组分有正负极材料、电解液及易燃有机隔膜。其中，正负极材料中的贵重金属及有机化学品都会对环境安全与人体健康造成严重影响，此外，废锂离子电池中含有超过1/4的钴酸锂/镍钴酸锂/磷酸铁锂，其中高达20％的钴是国际公认的战略物质，铜和铝的质量分数超过10％，还包含大量的可回收塑料外壳和金属，因而，对废旧锂离子电池进行回收很有意义。
[0003]现有的回收技术都需要先对废旧锂离子电池进行整体破碎，再对破碎物料进行精馏，冷凝回收电解液或者直接经过高温焚烧去除电解液以及粘结剂，氢氧化钠除铝后，得到含镍、钴、锰的失活材料，这一系列繁杂步骤需要使用大量的酸、碱试剂，并伴随着释放废气、排放废液以及高耗能等一系列问题，尤其是整体破碎所产生的各种金属屑，如铁壳屑、铜屑、铝屑，不仅增加了相应金属的回收难度，而且对后续失活材料的回收也增加了较大的干扰。
[0004]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本申请的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的需要对电池进行整体破碎，需要使用大量的酸、碱试剂的缺陷与问题，提供一种不需要对电池进行整体破碎，不需要使用大量的酸、碱试剂的等离子超声回收废旧锂离子电池的方法。
[0006]为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：一种等离子超声回收废旧锂离子电池的方法，包括依次进行的以下工艺：
[0007]真空脱液工艺：先将废旧锂离子电池的残余电量清空，再将废旧锂离子电池放入封闭的电池切割盒中，然后启动抽气泵对电池切割盒进行持续抽真空操作，再将废旧锂离子电池的外壳切开、脱除以得到电芯，随后，当电解液被抽气泵抽取完毕时，停止抽真空操作，再将外壳、电芯从电池切割盒中取出，该电芯包括集流体及其上附着的活性物质、粘结剂、炭黑；
[0008]超声等离子工艺：先将电芯放入封闭的反应箱内，该反应箱内设置有超声空化器与等离子体仪，再向反应箱中输送酸溶液，直至酸溶液淹没电芯、等离子体仪，然后用超声空化器对酸溶液进行操作以生成空化气泡，再启动等离子体仪对空化气泡中的气态分子进行解离以生成高活性粒子，然后由高活性粒子与电芯中的活性物质发生碰撞反应，直至集流体上没有附着物后，再关闭等离子体仪，然后从反应箱的底部排出粉液混合物，排完之后，再从反应箱中取出集流体；
[0009]后回收工艺：对粉液混合物进行过滤，以得到滤渣与滤液，其中，滤渣为炭黑，滤液为活性物质中金属离子的溶液；滤渣的后回收操作包括制作负极材料，滤液的回收操作包括电沉积出金属。
[0010]所述后回收工艺中的滤液在沉积完毕其内的金属离子之后，直接返回超声等离子工艺中以输入反应箱中，并与酸溶液一并淹没电芯。
[0011]所述真空脱液工艺中，所述将废旧锂离子电池的残余电量清空是指将废旧锂离子电池泡在盐水中，以使电池自身通路放电完毕，从而清空残余电量。
[0012]所述真空脱液工艺中，所述将废旧锂离子电池的外壳切开的操作由激光切割完成。
[0013]所述真空脱液工艺中，所述集流体包括正极集流体、负极集流体及两者之间夹持的隔膜。
[0014]所述超声等离子工艺中，所述酸溶液为有机酸或者有机酸、无机酸的混合物；所述酸溶液的pH值为4—6。
[0015]所述超声等离子工艺中，所述空化气泡的成分包括水汽与空气；所述高活性粒子包括氢离子、过氧自由基与氢氧自由基。
[0016]所述超声等离子工艺中，所述活性物质为以下任意一种：
[0017]当锂离子电池是磷酸铁锂电池时，活性物质为LiFePO4；
[0018]当锂离子电池是钴酸锂电池时，活性物质为LiCoO2；
[0019]当锂离子电池是三元电池时，活性物质为LiNi
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
O2。
[0020]所述真空脱液工艺中，在将废旧锂离子电池放入封闭的电池切割盒中时，废旧锂离子电池的种类至少为两类，对应的活性物质至少为两类。
[0021]所述超声等离子工艺中，所述粘结剂被高活性粒子分解为二氧化碳与水，二氧化碳收集后用于碳酸锂的回收制备。
[0022]所述超声等离子工艺中，在粉液混合物被排出的同时，超声空化器持续运行，直至粉液混合物的液面与超声空化器平齐时，再关闭超声空化器。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0024]1、本专利技术一种等离子超声回收废旧锂离子电池的方法中，整体构思为“等离子体生成高活性粒子与电芯进行碰撞反应，以使活性物质中的金属离子都被保存在酸性的溶液(即粉液混合物中的液体)中，从而回收炭黑与活性物质中的金属离子”，具体操作时，先对废旧锂离子电池进行切割以得到电芯，并同时回收电解液，再生成高活性粒子与电芯进行碰撞反应，以使活性物质中的金属离子都被保存在酸性的溶液 (即粉液混合物中的液体)中，以回收炭黑与活性物质中的金属离子，该设计的优点包括：首先，避免对废旧电池进行整体破坏，既不会产生各种金属屑，避免后续对铁壳屑、铜屑、铝屑进行分离的繁杂步骤，而且能节省分离各种金属屑时要耗费的大量酸、碱试剂或有机萃取试剂，同时，也避免了较多废液与废气的产生，其次，能在最终对现有技术中被破坏的金属物质进行整体上的回收，如外壳与集流体，便于重复利用，铜箔、铝箔、隔膜都可以成片大体积原貌回收，再次，真空脱液工艺中回收外壳与电解液，超声等离子工艺中回收活性物质、炭黑与集流体，可见，废旧锂离子电池中但凡能够回收利用的材料，本设计都基本回收完毕，具备较高的回收效率。因此，本专利技术不仅不需要对电池进行整体破碎，不需要使用大量的酸、碱试剂，而且回收利用
效率较高，基本上不会产生废液与废气。
[0025]2、本专利技术一种等离子超声回收废旧锂离子电池的方法中，在对集流体上附着的活性物质进行回收时，利用的是高活性粒子与电芯上活性物质发生的碰撞反应，即先生成氢离子、过氧自由基、氢氧自由基等高活性粒子，再在高活性粒子自身的高能量以及在超声作用下与电芯极片上的活性物质发生碰撞反应，促进活性物质中的镍、钴、锰、锂等复合氧化物进行溶解，同时可以与集流体铜箔、铝箔剥离开来，既利于活性物质的回收，也利于集流体中金属物质的回收，回收效率较高，同时，还不像现有技术需要采用大量的酸碱试剂或萃取试剂，成本较低，易于操作，此外，还能避免废液、废气的产生、排放，具备较强的环保性。因此，本专利技术不仅回收效率较高，易于操作，而且成本较低，环保性较强。
[0026]3、本专利技术一种等离子超声回收废旧锂离子电池的方法中，限定酸溶液为有机酸或者有机酸、无机酸的混合物，且酸溶液的pH值为4—6，该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子超声回收废旧锂离子电池的方法，其特征在于所述方法包括依次进行的以下工艺：真空脱液工艺：先将废旧锂离子电池的残余电量清空，再将废旧锂离子电池放入封闭的电池切割盒中，然后启动抽气泵对电池切割盒进行持续抽真空操作，再将废旧锂离子电池的外壳切开、脱除以得到电芯，随后，当电解液被抽气泵抽取完毕时，停止抽真空操作，再将外壳、电芯从电池切割盒中取出，该电芯包括集流体及其上附着的活性物质、粘结剂、炭黑；超声等离子工艺：先将电芯放入封闭的反应箱内，该反应箱内设置有超声空化器与等离子体仪，再向反应箱中输送酸溶液，直至酸溶液淹没电芯、等离子体仪，然后用超声空化器对酸溶液进行操作以生成空化气泡，再启动等离子体仪对空化气泡中的气态分子进行解离以生成高活性粒子，然后由高活性粒子与电芯中的活性物质发生碰撞反应，直至集流体上没有附着物后，再关闭等离子体仪，然后从反应箱的底部排出粉液混合物，排完之后，再从反应箱中取出集流体；后回收工艺：对粉液混合物进行过滤，以得到滤渣与滤液，其中，滤渣为炭黑，滤液为活性物质中金属离子的溶液；滤渣的后回收操作包括制作负极材料，滤液的回收操作包括电沉积出金属。2.根据权利要求1所述的一种等离子超声回收废旧锂离子电池的方法，其特征在于：所述后回收工艺中的滤液在沉积完毕其内的金属离子之后，直接返回超声等离子工艺中以输入反应箱中，并与酸溶液一并淹没电芯。3.根据权利要求1或2所述的一种等离子超声回收废旧锂离子电池的方法，其特征在于：所述真空脱液工艺中，所述将废旧锂离子电池的外壳切开的操作由激光切割完成。4.根据权利要求1或2所述的一种等离子超声回收废旧锂离子电池的方法，其特征在于：所述真空脱液工艺中，所述集流体包括正极集流体、负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，罗泽亮，包海峰，刘凯凯，
申请(专利权)人：恩施市致纯电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：