一种废旧锂离子电池的回收方法与流程

文档序号:15687575发布日期:2018-10-16 21:16阅读:261来源:国知局
一种废旧锂离子电池的回收方法与流程
本发明涉及废旧电池的综合回收利用领域,更具体的涉及一种废旧锂离子电池的回收方法。
背景技术
:由于笔记本电脑、手机等便携式电子产品的普及,锂离子电池的用量日渐增多。而且近年来城市大气环境污染持续恶化,国家及省市各级部门均对新能源汽车进行大力推广,预计到2020年全国纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆、累计产销量超过500万辆。由于锂离子电池的容量随着充放电的过程会逐渐衰减,一旦低于人们所预期的容量就会被废弃,预计每年报废的锂离子电池将超过十万吨,其中含有大量的具有较高经济价值的金属资源。另外如果将锂离子电池直接填埋,其中的co、ni等重金属一旦泄露出来,将会对土壤和地下水产生污染。因此对废旧锂离子电池进行回收具有巨大的经济价值和环保价值。目前对锂离子电池回收利用的研究方法主要有低温冷冻粉碎、溶剂法、酸碱溶液法、超声法以及焙烧法等。这些方法虽能回收高纯度的电极材料,但生产过程复杂,而且会产生大量的废水或有机溶剂,对环境造成巨大负担。技术实现要素:本发明实施例提供一种废旧锂离子电池的回收方法,用以解决现有技术中锂离子电池回收过程复杂,且会产生大量的废水或有机溶剂,容易造成环境污染的问题。本发明实施例提供一种废旧锂离子电池的回收方法,包括:获取彻底放电后的废旧锂离子电池,并将所述锂离子电池粉碎成直径介于10~100mm的碎片;将所述碎片通过风机传输至旋风分离器中,将跌落到位于所述所述旋风分离器底部的集灰斗内的碎片确定为第一碎片;所述风机的风速介于10-14m/s,压力介于0.1~0.15mpa;将所述第一碎片粉碎成粒径介于10-200μm的颗粒,所述颗粒由多个不同密度的材料组成,按照所述风机设定的风速,将所述颗粒传输至所述旋风分离器中,所述颗粒中具有第一密度的颗粒通过所述旋风分离器跌落至所述集灰斗内,所述颗粒中具有第二密度的颗粒通过所述旋风分离器的顶部排出口排出;所述第一密度大于所述第二密度。优选地,所述风机按照如下公式设定风速:其中,de为所述颗粒的临界粒径,μ为气体粘度,b为所述风机的进气口宽度,ne为颗粒在所述旋风分离器中的有效旋转圈数,ρs为所述颗粒的密度,ui为所述风机的进口气速。优选地,所述废旧锂离子电池包括隔膜,垫片,正极极片,负极极片,电池外壳,铜集流体和铝集流体;所述正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂中的一种;所述负极材料为天然石墨、人造石墨、钛酸锂、硅碳材料中的一种;所述电池外壳为钢壳、铝壳、铝塑膜中的一种。优选地,所述将所述碎片通过风机传输至旋风分离器中,将跌落到位于所述所述旋风分离器底部的集灰斗内的碎片确定为第一碎片,具体包括:所述风机的风速为10m/s,压力为0.11mpa时,所述碎片在所述旋风分离器中随着气流从上往下呈螺旋形线路做等速运动,正极极片碎片,负极极片碎片和电池外壳碎片跌落至所述集灰斗内,隔膜,垫片随气流由下往上呈螺旋形线路做等速运动,在所述旋风分离器顶部排出口排出。优选地,所述按照所述风机设定的风速,将所述颗粒传输至所述旋风分离器中,所述颗粒中具有第一密度的颗粒通过所述旋风分离器跌落至所述集灰斗内,所述颗粒中具有第二密度的颗粒通过所述旋风分离器的顶部排出口排出,具体包括:所述风机的风速为16m/s,压力为0.11mpa时,所述颗粒在所述旋风分离器中随着气流从上往下呈螺旋形线路做等速运动,铜粉颗粒通过所述旋风分离器跌落至所述集灰斗内,铝粉颗粒,石墨粉颗粒,铁粉颗粒通过所述旋风分离器的顶部排出口排出;和所述风机的风速为17m/s,压力为0.11mpa时,所述颗粒在所述旋风分离器中随着气流从上往下呈螺旋形线路做等速运动,铁粉颗粒通过所述旋风分离器跌落至所述集灰斗内,铝粉颗粒,石墨粉颗粒通过所述旋风分离器的顶部排出口排出;和所述风机的风速为18m/s,压力为0.11mpa时,所述颗粒在所述旋风分离器中随着气流从上往下呈螺旋形线路做等速运动,铝粉颗粒,通过所述旋风分离器跌落至所述集灰斗内,石墨粉颗粒通过所述旋风分离器的顶部排出口排出。本发明实施例提供了一种废旧锂离子电池的回收方法,包括:获取彻底放电后的废旧锂离子电池,并将所述锂离子电池粉碎成直径介于10~100mm的碎片;将所述碎片通过风机传输至旋风分离器中,将跌落到位于所述所述旋风分离器底部的集灰斗内的碎片确定为第一碎片;所述风机的风速介于10-14m/s,压力介于0.1~0.15mpa;将所述第一碎片粉碎成粒径介于10-200μm的颗粒,所述颗粒由多个不同密度的材料组成,按照所述风机设定的风速,将所述颗粒传输至所述旋风分离器中,所述颗粒中具有第一密度的颗粒通过所述旋风分离器跌落至所述集灰斗内,所述颗粒中具有第二密度的颗粒通过所述旋风分离器的顶部排出口排出;所述第一密度大于所述第二密度。该回收方法中,将废旧锂离子电池包括的多种材料按照密度不同,采用不同的风速传输至旋风分离器中,从而可以将不同密度的多种材料依此进行分离,该方法操作简单,所回收的电池材料纯度高,易于回收再利用。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的一种废旧锂离子电池的回收方法流程示意图;图2为本发明实施例提供的旋风分离器结构示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种废旧锂离子电池的回收方法流程示意图,如图1所示,该方法主要包括以下步骤:步骤101,获取彻底放电后的废旧锂离子电池,并将所述锂离子电池粉碎成直径介于10~100mm的碎片;步骤102,将所述碎片通过风机传输至旋风分离器中,将跌落到位于所述所述旋风分离器底部的集灰斗内的碎片确定为第一碎片;所述风机的风速介于10-14m/s,压力介于0.1~0.15mpa;步骤103,将所述第一碎片粉碎成粒径介于10-200μm的颗粒,所述颗粒由多个不同密度的材料组成,按照所述风机设定的风速,将所述颗粒传输至所述旋风分离器中,所述颗粒中具有第一密度的颗粒通过所述旋风分离器跌落至所述集灰斗内,所述颗粒中具有第二密度的颗粒通过所述旋风分离器的顶部排出口排出;所述第一密度大于所述第二密度。在步骤101中,将废旧锂离子电池彻底放电,然后将放电后的废旧锂离子通过机械方法破碎,得到直径介于10-100mm的碎片。在实际应用中,由于废旧锂离子电池包括有隔膜,垫片,正极极片,负极极片,电池外壳,铜集流体和铝集流体,所以粉碎后的碎片包括有隔膜碎片,垫片碎片,正极极片碎片,负极极片碎片,电池外壳碎片,铜集流体碎片和铝集流体碎片。进一步地,由于上述废旧锂离子电池包括有多种材料,再者,多种材料分别具有不同的密度,所以,在本发明实施例中,可以根据材料的密度来区分各种材料。在本发明实施例中,废旧锂离子电池中含有的正极材料为钴酸锂、锰酸锂、镍锰酸锂、镍钴锰酸锂、磷酸铁锂中的一种;废旧锂离子电池中含有的负极材料为天然石墨、人造石墨、钛酸锂、硅碳材料中的一种;所述的废旧锂离子电池的电池外壳为钢壳、铝壳、铝塑膜中的一种。由于金属锂氧化合物、金属铜、金属铝、有机聚合物的密度之间有较大差异,而本发明实施例提供的旋风分离器是一种利用惯性离心力的作用从气流中分离出尘粒的设备。当临界粒径为旋风分离器中能被完全分离下来的最小颗粒直径,由于临界粒径与气体粘度、进气口宽度、有效旋转圈数、颗粒密度、进口气速有关,而气体粘度、进气口宽度、有效旋转圈数、颗粒密度均为确定值,因此可以通过改变气体流速,在旋风分离器中将电池的各组成部分按照不同密度依次分离。在步骤102中,将上述碎片通过风机传输至旋风分离器中,图2为本发明实施例提供的旋风分离器结构示意图。如图2所示,该旋风分离器主要包括进口管1,上顶盖2,出口管3,锥体4,筒体5和集灰斗6。根据粉碎的碎片的直径和公式(1),可以确定第一次将碎片传输至旋风分离器时风机的风速,当碎片传输至旋风分离器时,碎片在旋风分离器中随着气流从上往下呈螺旋形线路做等速运动,锂离子电池包括的正极极片碎片,负极极片碎片,电池外壳碎片,铜集流体和铝集流体跌落至位于旋风分离器底部的集灰斗内,而锂离子电池包括的隔膜,垫片等随气流由下往上呈螺旋形线路做等速运动,在旋风分离器顶部排出口排出。其中,de为所述颗粒的临界粒径,μ为气体粘度,b为所述风机的进气口宽度,ne为颗粒在所述旋风分离器中的有效旋转圈数,ρs为所述颗粒的密度,ui为所述风机的进口气速。为了区分说明,将跌入集灰斗内的碎片确认为第一碎片,且第一碎片的密度均大于从旋风分离器顶部排出口排出的碎片的密度。在本发明实施例中,对第一碎片的具体密度不做限定。通过上述方法,可以将锂离子电池中包括的密度比较大的材料回收到集灰斗内,相应地,将锂离子电池中包括的密度比较小的材料通过旋风分离器顶部排出。即第一次通过旋风分离器,可以初步将锂离子电池包括的多种材料分为两类。比如,按照公式(1),确定风机的风速为10m/s,压力为0.11mpa时,碎片在旋风分离器中随着气流从上往下呈螺旋形线路做等速运动,正极极片碎片,负极极片碎片,电池外壳碎片,铜集流体和铝集流体跌落至集灰斗内,而隔膜,垫片随气流由下往上呈螺旋形线路做等速运动,在旋风分离器顶部排出口排出。在步骤103中,将获取到的第一碎片粉碎成粒径介于10-200μm的颗粒,上述颗粒同样也包括有多个不同密度的材料,比如,铝粉颗粒,石墨粉颗粒,铁粉颗粒和铜粉颗粒。根据公式(1),第一次设置风机的风速,然后将上述颗粒传输至旋风分离器中,上述颗粒中具有第一密度的颗粒通过旋风分离器跌落至所述集灰斗内,而上述颗粒中具有第二密度的颗粒则通过旋风分离器的顶部排出口排出。需要说明的是,这里的第一密度为具有相同密度的材料,而第二密度则为小于第一密度的多种材料或者一种材料。比如,当颗粒内包括有两种材料时,则第二密度则只包括一种材料,且这种材料的密度小于具有第一密度的材料的密度;若颗粒内包括有三种材料时,则第二密度包括有两种材料,且这两种材料的密度均小于具有第一密度的材料的密度。在本发明实施例中,对颗粒内包括的材料的数量不做限定,相应地,对第二密度对应的材料的数据不做具体的限定。比如,颗粒内包括有铝粉颗粒,石墨粉颗粒,铁粉颗粒和铜粉颗粒时,需要通过旋风分离器将上述多种颗粒进行分离,则可以按照以下步骤进行:根据公式(1),第一次设置风机的风速为16m/s,压力为0.11mpa时,颗粒在旋风分离器中随着气流从上往下呈螺旋形线路做等速运动,铜粉颗粒通过旋风分离器跌落至集灰斗内,铝粉颗粒,石墨粉颗粒,铁粉颗粒通过旋风分离器的顶部排出口排出。根据公式(1),第二次设置风机的风速为17m/s,压力为0.11mpa时,颗粒在旋风分离器中随着气流从上往下呈螺旋形线路做等速运动,铁粉颗粒通过旋风分离器跌落至所述集灰斗内,铝粉颗粒,石墨粉颗粒通过旋风分离器的顶部排出口排出。根据公式(1),第二次设置风机的风速为18m/s,压力为0.11mpa时,颗粒在旋风分离器中随着气流从上往下呈螺旋形线路做等速运动,铝粉颗粒,通过旋风分离器跌落至集灰斗内,石墨粉颗粒通过旋风分离器的顶部排出口排出。以下结合实施例一至实施例三,对本发明实施例提供的一种废旧锂离子电池的回收方法进一步地说明。实施例一步骤201,取100只正极活性物质为钴酸锂的废旧lir18650钢壳圆柱型锂离子电池,以10ma电流恒流放电,截止电压为0v。将彻底放电的锂离子电池直接机械分拆成当量直径为15-25mm的碎片;步骤202,将步骤201中得到的当量直径为15-25mm的碎片通过风机吹入旋风分离器,进口风速为12m/s,压力为0.11mpa),聚乙烯隔膜、聚丙烯垫片等密度较小的碎片在旋风分离器顶部排出口排出收集,钴酸锂正极片、石墨负极片、铝集流体、铜集流体、镀镍钢壳等密度较大的碎片在旋风分离器底部集灰斗收集;步骤203,将步骤202中得到的钴酸锂正极片、石墨负极片、镀镍钢壳等密度较大的碎片在球磨机中球磨粉碎成粒径为50-100μm的颗粒,将获得的颗粒通过风机的巨大气流吹入旋风分离器中(进口风速为16-19m/s,压力为0.11mpa),通过改变吹扫气流流速,使钴酸锂、石墨、铝粉、铜粉、铁粉等颗粒依次分离,将其分类回收;采用电感耦合等离子体发射光谱检测所回收的材料中金属杂质的含量,测试结果见表1。表1实施例1中所回收电池材料中杂质含量铝/wt%铜/wt%钴/wt%铁/wt%钴酸锂0.120.11—0.15石墨0.110.020.030.02铝粉—0.040.110.16铜粉0.01—0.230.19铁粉0.010.170.21—实施例二步骤301,取100只正极活性物质为锰酸锂的废旧铝壳103450方型锂离子电池,以10ma电流恒流放电,截止电压为0v。将彻底放电的锂离子电池直接机械分拆成当量直径为20-30mm的碎片;步骤302,将步骤301中得到的当量直径为20-30mm的碎片通过风机吹入旋风分离器,进口风速为13m/s,压力为0.11mpa),聚丙烯隔膜、尼龙垫片等密度较小的碎片在旋风分离器顶部排出口排出收集,锰酸锂正极片、石墨负极片、铝集流体、铜集流体、铝金属外壳等密度较大的碎片在旋风分离器底部集灰斗收集;步骤303,将步骤302中得到的锰酸锂正极片、石墨负极片、铝金属外壳等密度较大的碎片在球磨机中球磨粉碎成粒径为75-150μm的颗粒,将获得的颗粒通过风机的巨大气流吹入旋风分离器中(进口风速为14-17m/s,压力为0.12mpa),通过改变吹扫气流流速,使锰酸锂、石墨、铝粉、铜粉等颗粒依次分离,将其分类回收;采用电感耦合等离子体发射光谱检测所回收的材料中金属杂质的含量,测试结果见表2。表2实施例2中所回收电池材料中杂质含量铝/wt%铜/wt%锰/wt%锰酸锂0.190.05—石墨0.140.010.01铝粉—0.020.05铜粉0.01—0.11实施例三步骤401,取100只正极活性物质为磷酸铁锂的废旧gsp09185190铝塑膜软包锂离子电池,以100ma电流恒流放电,截止电压为0v。将彻底放电的锂离子电池直接机械分拆成当量直径为25-50mm的碎片;步骤402,将步骤401中得到的当量直径为25-50mm的碎片通过风机吹入旋风分离器,进口风速为11m/s,压力为0.11mpa),聚乙烯隔膜、尼龙垫片、铝塑膜等密度较小的碎片在旋风分离器顶部排出口排出收集,磷酸铁锂正极片、石墨负极片、铝集流体、铜集流体等密度较大的碎片在旋风分离器底部集灰斗收集;步骤403,将步骤402中得到的磷酸铁锂正极片、石墨负极片、铝集流体、铜集流体等密度较大的碎片在球磨机中球磨粉碎成粒径为75-125μm的颗粒,将获得的颗粒通过风机的巨大气流吹入旋风分离器中(进口风速为13-16m/s,压力为0.13mpa),通过改变吹扫气流流速,使磷酸铁锂、石墨、铝粉、铜粉等颗粒依次分离,将其分类回收;采用电感耦合等离子体发射光谱检测所回收的材料中金属杂质的含量,测试结果见表3。表3实施例3中所回收电池材料中杂质含量铝/wt%铜/wt%磷/wt%铁/wt%磷酸铁锂0.240.15——石墨0.150.120.060.12铝粉—0.160.020.05铜粉0.01—0.010.02综上所述,本发明实施例提供了一种废旧锂离子电池的回收方法,包括:获取彻底放电后的废旧锂离子电池,并将所述锂离子电池粉碎成直径介于10~100mm的碎片;将所述碎片通过风机传输至旋风分离器中,将跌落到位于所述所述旋风分离器底部的集灰斗内的碎片确定为第一碎片;所述风机的风速介于10-14m/s,压力介于0.1~0.15mpa;将所述第一碎片粉碎成粒径介于10-200μm的颗粒,所述颗粒由多个不同密度的材料组成,按照所述风机设定的风速,将所述颗粒传输至所述旋风分离器中,所述颗粒中具有第一密度的颗粒通过所述旋风分离器跌落至所述集灰斗内,所述颗粒中具有第二密度的颗粒通过所述旋风分离器的顶部排出口排出;所述第一密度大于所述第二密度。该回收方法中,将废旧锂离子电池包括的多种材料按照密度不同,采用不同的风速传输至旋风分离器中,从而可以将不同密度的多种材料依此进行分离,该方法操作简单,所回收的电池材料纯度高,易于回收再利用。尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。当前第1页12
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