一种利用离子液体分离废旧锂离子电池正极活性物质与铝箔的方法与流程

本发明属于二次资源回收利用技术领域，具体涉及一种利用离子液体分离废旧锂离子电池正极活性物质与铝箔的方法。

背景技术：

锂离子电池由于其能量密度高、容量大、寿命长且无记忆性等优点，自20世纪90年代商品化以来，已广泛应用于手机电池、笔记本电脑电源等便携式电子产品领域。近年来由于新能源汽车产销量的大幅增长，2016年动力电池已发展成为锂电池中消费比例最高的产品，预计2018年新能源汽车电力电池将进入规模化退役阶段。目前我国已经成为锂离子电池生产、消费和出口大国。为促进新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用产业规模化、规范化和专业化发展，提高废旧动力电池综合利用水平，国家发布了《新能源汽车报废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》，提出开展正负极材料、隔膜、电解液等的资源再生利用技术、设备、工艺的研发和应用，提高废旧动力电池中相关元素再生利用水平，其中湿法冶金条件下，镍、钴、锰的综合回收率不低于98％；火法冶炼条件下，镍、稀土的综合收率不低于97％。

锂离子电池主要由外壳、正极、负极、隔膜、电解液等组成，正、负极主要含有镍、钴、锰、锂、铜、铝等有价金属资源，其中钴为我国稀缺的战略金属，我国每年需要大量从国外进口。例如三元材料电池正极材料中钴占5～20％，镍占5～12％，锰占7～10％，锂占2～5％。电解液主要为六氟磷酸锂等含锂化合物与有机溶剂，这些废弃的锂离子电池如果得不到合适处置，锂电池中的重金属离子及有毒、强腐蚀性的电解液等将可能造成严重的环境污染，同时还会造成资源的浪费流失。如果能高效回收这些有价金属资源，将产生良好的经济和社会效益，实现资源的可持续发展。

目前废旧锂离子电池回收的主要方法有火法和湿法，与火法相比，湿法具有许多优势，例如湿法处理过程中产生的“三废”较少，同时可以得到高纯度的金属产品。湿法回收的主要步骤包括：放电和拆解、预处理、浸取、萃取分离，其中预处理就是要实现活性材料与集流体铝箔的分离，是废旧锂电池回收的关键步骤之一。b.scrosati等报道了利用n-甲基吡咯烷酮(nmp)分离铝箔与正极材料的方法，铝箔以金属形式回收，通过处理后可直接再利用，正极活性物质通过酸浸、化学沉淀氢氧化钴、高温制备钴酸锂(j.powersources,2001,92,65-69)。该方法根据“相似相容”原理，采用nmp等较强极性的有机溶剂溶解聚偏氟乙烯(pvdf)等粘结剂，从而实现正极活性物质与铝箔的分离。该方法操作简单，有效提高了分离效率，由于分子溶剂具有易挥发、易燃等特点，在高温浸取过程中损失较大，同时也存在环境和安全方面的隐患。中国专利(专利号：zl201010262498.2)公开了一种利用氢氧化钠溶解铝箔，实现铝箔与正极材料分离的方法，再通过酸浸、萃取等工序回收钴资源。这种方法在后续萃取工艺中引入大量铝元素，增加了钴等金属萃取分离工艺的难度，同时碱溶过程中产生大量的废水。

技术实现要素：

本发明为了解决传统分子溶剂和碱法工艺分离铝箔与正极材料的方法存在的上述问题，提供一种利用离子液体分离废旧锂离子电池正极活性物质与铝箔的方法，该方法具有时间短、温度低、工艺流程简单，易于控制和放大等优点，具有潜在应用价值。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种利用离子液体分离废旧锂离子电池正极活性物质与铝箔的方法，包括以下步骤：

步骤1、将拆解、分选后的废旧锂离子电池正极片放入离子液体中，在常温下超声波振荡，静置；

步骤2、取出铝箔片，过滤分离离子液体与黑色固体粉末；

步骤3、将步骤2的离子液体进行纯化干燥处理，得到可以循环使用的离子液体；

步骤4、将步骤2的黑色固体粉末进行干燥，得到可作为萃取工艺回收钴、镍、锰、锂金属元素的原料。

在上述技术方案中，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([bmim][ac])或1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([emim][ac])离子液体。

在上述技术方案中，所述废旧锂离子电池正极片为三元电池、锰酸锂电池或者钴酸锂电池的正极片。

在上述技术方案中，所述超声波振荡的时间为5-20min。

在上述技术方案中，所述废旧锂离子电池正极片与离子液体的固液比为1：5～20。

本发明的有益效果是：

本发明提供的利用离子液体分离废旧锂离子电池正极活性物质与铝箔的方法采用超声波强化离子液体分离正极活性物质与铝箔，通过超声波的空化作用增加了离子液体的穿透力，大大提高了正极活性物质与铝箔的分离效率。

本发明提供的利用离子液体分离废旧锂离子电池正极活性物质与铝箔的方法，进一步采用1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([bmim][ac])或者1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([emim][ac])离子液体作为溶剂，与nmp等分子溶剂溶解法相比，本发明采用绿色溶剂[bmim][ac]和[emim][ac]离子液体作为溶剂具有不易挥发等的优点，同时该类离子液体具有低黏度和良好的热稳定性，易于分离和离子液体回收工艺操作。

本发明提供的利用离子液体分离废旧锂离子电池正极活性物质与铝箔的方法对离子液体进行了过滤分离，处理后的离子液体可循环使用。

本发明提供的利用离子液体分离废旧锂离子电池正极活性物质与铝箔的方法具有时间短、温度低、工艺流程简单，易于控制和放大等优点，具有潜在应用价值。

附图说明

图1为本发明提供的利用离子液体分离废旧锂离子电池正极活性物质与铝箔的方法的工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供的利用离子液体分离废旧锂离子电池正极活性物质与铝箔的方法采用超声波强化离子液体溶解废旧电池正极的pvdf粘结剂，实现正极活性物质与铝箔的高效分离。优选所用离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([bmim][ac])或1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([emim][ac])离子液体。优选适用于分离三元电池、锰酸锂电池或者钴酸锂电池的正极片。

结合图1说明本发明提供一种利用离子液体分离废旧锂离子电池正极活性物质与铝箔的方法，该方法的具体步骤为：

步骤1、将拆解、分选后的废旧锂离子电池正极片放入离子液体中，固液比为1：5～20，在常温下超声波振荡5～20min，静置；

步骤2、取出铝箔片，过滤分离离子液体与正极活性物质、导电剂等黑色固体粉末；

步骤3、对步骤2的离子液体进行纯化干燥处理，离子液体可循环使用；

步骤4、黑色粉末干燥后，可作为萃取工艺回收钴、镍、锰、锂等金属元素的原料。

实施例1

将拆解、分选后的废旧三元电池正极片放入1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐离子液体中，固液比为1：5，在常温下超声波振荡20min，静置。取出铝箔片，过滤分离离子液体与正极活性物质、导电剂等黑色固体粉末，离子液体经纯化干燥处理后可循环使用。黑色粉末干燥后，可作为萃取工艺回收钴、镍、锰、锂等金属元素的原料。

实施例2

将拆解、分选后的废旧锰酸锂电池正极片放入1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐离子液体中，固液比为1：10，在常温下超声波振荡10min，静置。取出铝箔片，过滤分离离子液体与正极活性物质、导电剂等黑色固体粉末，离子液体经纯化干燥处理后可循环使用。黑色粉末干燥后，可作为萃取工艺回收锰、锂等金属元素的原料。

实施例3

将拆解、分选后的废旧钴酸锂电池正极片放入1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐离子液体中，固液比为1：20，在常温下超声波振荡5min，静置。取出铝箔片，过滤分离离子液体与正极活性物质、导电剂等黑色固体粉末，离子液体经纯化干燥处理后可循环使用。黑色粉末干燥后，可作为萃取工艺回收钴、锂等金属元素的原料。

因此本发明的利用离子液体分离废旧锂离子电池正极活性物质与铝箔的方法，采用1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐([bmim][ac])、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐([emim][ac])离子液体作为溶剂，通过超声波强化溶解聚偏氟乙烯(pvdf)粘结剂，实现正极活性物质与铝箔的高效分离，离子液体经处理后可循环使用。该方法具有时间短、温度低、工艺流程简单，易于控制和放大等优点，具有潜在应用价值。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。