一种电池电极片活性材料层与集流体的分离方法

本发明涉及锂离子电池关键材料的回收领域，具体涉及一种电池电极片活性材料层与集流体的分离方法。
背景技术：
：经过近30年的发展，锂离子电池中各组件的制作、组装以及电池的使用与维护技术都相当成熟。随着锂离子电池使用量的增多，其退役量也随之增大。作为锂离子电池中的一员-锂离子动力电池，在2019年全国的累计退役量约为8.4至12.4万吨，预计到2025年退役量将超过73万吨。因此，随着使用年限的延长，锂离子电池的退役量将大大增加。退役锂离子电池中，集流体和活性材料层的综合占比最大、经济价值最高，其回收非常重要。为分别回收高纯度的集流体和活性材料层，掌握电池电极片的制作过程尤为重要。电池电极片的制作步骤为：首先，将活性物质、导电炭黑、添加剂和粘接剂等(上述混合材料统称为活性材料层)混合均匀组成浆料。然后，将浆料涂覆在集流体上并烘干即得电池电极片。集流体与活性材料层之间通过粘接剂实现界面结合。在极片辊压之后，活性材料层中颗粒间的孔隙减少，压实密度增大，与集流体间的界面结合力也随之增大，这增加了活性材料层与集流体分离的困难程度，导致普通的水不易干净彻底地将集流体与活性材料层分离。在现有的分离技术中，cn106654437a、cn110534834a、cn110661055a、cn109216822a采用热处理的方式将负极活性材料层与铜箔分离。cn109216819a、cn111384462a、cn111430831a和cn104241723a采用溶剂浸泡的方式使活性材料层与集流体分离。cn107069078a将负极片粉碎后得到的粉体进行挤压、筛分获得筛上的饼状集流体颗粒(即铜颗粒)和筛下的电极材料粉体(即负极活性材料层)。cn111987380a采用超声的方式将活性材料层与集流体分离。在上述的分离技术中，存在以下缺点：(1)首先，热处理使粘接剂分解产生废气。其次，若在有氧环境中进行热处理，集流体铜箔易氧化生成氧化铜，集流体铝箔同样会进一步氧化生成氧化铝，降低了集流体的纯度。若在无氧环境中进行热处理，在集流体与活性材料层接触界面上的粘接剂会分解生成炭，连接在集流体与活性材料层之间，加剧了集流体与活性材料层的分离难度。(2)单一溶剂浸泡和超声并不能分离所有类型的电极片；(3)机械粉碎获得的活性材料层和集流体粉末的纯度低；(4)酸和/或碱溶液浸泡虽然可有效分离活性材料层和集流体，但是易产生废液。技术实现要素：针对现有技术存在的上述问题，本发明提出采用溶解了气体的溶液与电池电极片混合，结合压力和/或温度的调控，使溶液中的气体逸出，利用气体拱动活性材料层和集流体的固-固结合界面，降低界面结合力，使活性材料层和集流体分离。所述方法能够分离不同类型的电池电极片，适用性强；分离得到的集流体和活性材料层纯度高，活性材料层可直接修复再生利用；处理方法简单，工艺流程短。为实现上述发明目的，本发明提供了一种电池电极片活性材料层与集流体的分离方法，所述方法包括以下步骤：s1:将co2或/和so2气体通过加压法溶解于弱酸盐溶液中获得溶液a；s2:将电池极片与所述溶液a混合，采用降低压强和/或升高温度使所述气体逸出，并经搅拌震荡后获得混合物a；s3:将所述混合物a过筛分离回收集流体和混合物b；s4:将所述混合物b过滤回收获得活性材料层。进一步的，弱酸盐溶液为碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂、碳酸氢钾、碳酸氢锂、碳酸氢钠、醋酸钾、醋酸钠、醋酸锂、草酸钠、草酸钾、草酸锂溶液的一种或多种。进一步的，所述所述步骤s2中电池极片与所述溶液a的质量比为1:5-50，优选为1:10-30。进一步的，采用降低压强方法使所述气体逸出步骤中，压强为-0.1-0.1mpa。进一步的，所述采用升高温度方法使所述气体逸出步骤中，温度为5-90℃，优选为10-30℃。进一步的，所述步骤s2中，搅拌震荡的工艺参数为：搅拌速度为5-300rpm，优选为50-200rpm，搅拌时间为0.5-24h，优选1-10h。有益效果：(1)本发明通过采用压力和/或温度的配合调节气体在水中的溶解度，利用气体逸出拱动集流体和活性材料层的界面，降低界面结合力，实现活性材料层与集流体的分离，克服现有技术中分离方法受电池电极片类型限制，产生废气、废液的问题，工艺简单、流程短、产品纯度高，节约资源，保护生态环境。将电极片和含气体溶液混合后，气体富集在集流体与活性材料层接触界面上，逸出过程中气体与溶液脱离，在集流体与活性材料层的接触面上产生新的接应力，破坏活性材料层与集流体的界面结合层，实现活性材料与集流体的分离。(2)本发明所述的分离方法，逸出的气体可以进行回收，重新加压制备溶解气体的溶液，溶剂可循环使用，全程无废液、废气产生，所述方法可用于电池正极片和负极片，可以分离不同类型的电极片，适应性强，分离得到的活性材料纯度高，可直接秀谷循环使用，分离得到的集流体纯度高，经济价值高，复合绿色、经济产业发展趋势。(3)本发明通过优化含气体溶液和电极片的质量比、压强范围和温度范围等工艺参数，进一步提高了活性材料与集流体的分离效果，分离率可以达到98％以上，分离效率高，且资源利用率高，提高了设备操作的灵活性，延长了设备的使用寿命。附图说明图1为本发明实施例提供的电池电极片活性材料层与集流体的分离方法的工艺流程图。具体实施方式为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。如图1所示，本发明实施例提供了电池电极片活性材料层与集流体的分离方法的工艺流程图，将溶解了气体的溶液与电极片混合，在通过减小压强或控制温度使得气体逸出，获得混合溶液，最后通过过筛和过滤分别获得集流体材料和电极活性材料。以下以具体实施例进行进一步说明。实施例1本实施例提供一种电池电极片中活性材料层与集流体的分离方法，主要用于分离负极片中的负极活性材料层和铜箔，所述方法包括以下步骤：采用加压的方式将co2气体溶解于水中，形成溶解了co2气体的溶液a；将溶液a与电池电极片按照5:1的比例进行混合，减小压强至0.1mpa，控制混合物a的温度为5℃；搅拌0.5h，搅拌的转速为300rpm，得到混合物a。将混合物a过筛分离回收集流体，并得到混合物b；将混合物b过滤分离回收活性材料层。实施例2：本实施例提供一种电池电极片中活性材料层与集流体的分离方法，主要用于分离负极片中的负极活性材料层和铜箔，所述方法包括以下步骤：采用加压的方式将co2气体溶解于水中，形成溶解了co2气体的溶液a；将溶液a与电池电极片按照10:1的比例进行混合，减小压强至0.05mpa，控制混合物a的温度为10℃；搅拌1h，搅拌的转速为200rpm，得到混合物a。将混合物a过筛分离回收集流体，并得到混合物b；将混合物b过滤分离回收活性材料层。实施例3本实施例提供一种电池电极片中活性材料层与集流体的分离方法，主要用于分离正极片中的正极活性材料层和铝箔，所述方法包括以下步骤：采用加压的方式将co2气体溶解于水中，形成溶解了co2气体的溶液a；将溶液a与电池电极片按照25:1的比例进行混合，减小压强至0mpa，控制混合物a的温度为25℃；搅拌10h，搅拌的转速为200rpm，得到混合物a。将混合物a过筛分离回收集流体，并得到混合物b；将混合物b过滤分离回收活性材料层。实施例4本实施例提供一种电池电极片中活性材料层与集流体的分离方法，主要用于分离正极片中的正极活性材料层和铝箔，所述方法包括以下步骤：采用加压的方式将co2气体溶解于水中，形成溶解了co2气体的溶液a；将溶液a与电池电极片按照30:1的比例进行混合，减小压强至-0.02mpa，控制混合物a的温度为65℃；搅拌18h，搅拌的转速为50rpm，得到混合物a。将混合物a过筛分离回收集流体，并得到混合物b；将混合物b过滤分离回收活性材料层。实施例5本实施例提供一种电池电极片中活性材料层与集流体的分离方法，主要用于分离负极片中的负极活性材料层和铜箔，所述方法包括以下步骤：采用加压的方式将co2气体溶解于水中，形成溶解了co2气体的溶液a；将溶液a与电池电极片按照50:1的比例进行混合，减小压强至-0.01mpa，控制混合物a的温度为90℃；搅拌24h，搅拌的转速为5rpm，得到混合物a。将混合物a过筛分离回收集流体，并得到混合物b；将混合物b过滤分离回收活性材料层。实施例6本实施例提供一种电池电极片中活性材料层与集流体的分离方法，主要用于分离负极片中的负极活性材料层和铜箔，所述方法包括以下步骤：采用加压的方式将co2气体溶解于水中，形成溶解了co2气体的溶液a；将溶液a与电池电极片按照30:1的比例进行混合，减小压强至0.01mpa，控制混合物a的温度为25℃；搅拌1h，搅拌的转速为50rpm，得到混合物a。将混合物a过筛分离回收集流体，并得到混合物b；将混合物b过滤分离回收活性材料层。分别称取本发明实施例1-6中电极片的质量m1、分离后活性材料层质量m2、并测定分离后电极片集流体的厚度，将行业中该厚度集流体的质量作为原始质量m0，采用公式(1)计算分离率，同时对集流体活性材料层的含量进行计算。分离率＝[m2/(m1-m0)]*100％(1)实施例1-6的分离效果如表1所示。表1各实施例分离率与活性材料层含量实施例分离率/％集流体中活性材料层的含量/％实施例198.21.8实施例298.51.5实施例398.91.1实施例499.20.8实施例598.71.3实施例699.40.6由上述结果可知，本发明所述的分离方法中活性材料层与集流体的分离效果良好，分离率可达98％以上，且本发明中通过对含气体的溶液和电极片的质量比的优化，一方面可有效减少溶液的使用量，降低能耗，提高资源的利用率，另一方面有效改善了活性材料层与集流体的分离效率。在特定压强范围内，既能够保证活性材料层与集流体分离效率，也提高了设备操作的灵活性，延长了设备的使用寿命。在所述优化的温度范围内，可以有效的口静置二氧化碳、二氧化硫聚集拱动时提供的界面力。以上所述实施例，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。当前第1页12