一种磷酸铁锂电池中锂正极材料的剥离回收方法及装置与流程

本发明属于锂电池回收，具体涉及一种磷酸铁锂电池中锂正极材料的剥离回收方法及装置。

背景技术：

1、新能源汽车作为锂电池使用的主要产业，近几年产量逐步提升。随着镍钴锰三元(ncm)锂离子电池失去部分市场份额，磷酸铁锂电池的地位日益突出。磷酸铁锂电池具有工作电压大、能量密度高、循环使用寿命长、安全性能好等优点，这些优点使磷酸铁锂电池的市场份额迅速上升。lifepo4(lfp)正极材料主要含li、fe、p等元素，锂的总含量高达4％以上，是lfp中最有价值的金属，因此对lfp中的锂进行回收具有节约资源、保护环境的重大意义。

2、目前回收废旧磷酸铁锂电池中的正极材料主要通过高温固相再生和湿法回收技术，高温直接再生技术指的是将废旧电池材料通过破碎、筛分等前处理，将回收的lfp正极材料经过高温氧化为反应中间体，各元素在热力学反应过程中再次结晶而实现材料再生的过程。湿法回收技术是利用特定试剂使正极材料中的金属浸出到溶液中使其分离回收。湿法回收技术工艺成熟，对于元素的分离效果较好且回收彻底。

3、但是，高温固相再生所需能耗较高，释放出有毒气体，并且只适用于处理杂质含量少的正极废料。湿法回收过程中会产生大量的废液(酸液或者碱液)，环境污染较大，且回收过程需要大量的化学试剂，比如酸碱、还原剂、氧化剂等，试剂消耗较大，且大部分无法重复利用。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了解决上述背景技术中提出的问题而提供一种磷酸铁锂电池中锂正极材料的剥离回收方法及装置。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种磷酸铁锂电池中锂正极材料的剥离回收装置，包括：

4、底板；

5、设于底板上用于对锂电池的两端进行夹持的一号夹持机构和二号机构；一号夹持机构包括一号环，二号夹持机构包括两个电机，电机的输出轴端设有丝杠轴，两个丝杠轴均螺纹连接在同一个二号环上，所述一号环和二号环均沿各自的周向设有两个以上的夹持组件，其中，二号环上的夹持组件可于二号环的轴向移动且与二号环之间设有一号复位弹簧；

6、设于二号环远离电机一侧的转环；

7、沿转环轴向设置的两个以上的切割组件，用于对锂电池的外壳进行环向切割，切割组件可于转环的轴向移动且与转环之间设有二号复位弹簧；

8、设于丝杠轴上的转轮，用于带动转环转动。

9、优选的，夹持组件包括电磁铁，所述电磁铁上设有一号伸缩杆，所述一号伸缩杆上缠绕设置有一号弹簧，所述一号伸缩杆远离电磁铁的一端设有夹块。

10、优选的，切割组件包括移动块，所述移动块上设有二号伸缩杆，所述二号伸缩杆上缠绕设置有二号弹簧，所述二号伸缩杆远离移动块的一端设有切割刀片。

11、优选的，所述二号环上沿其周向设有两个以上的二次夹持组件，二次夹持组件包括支架，所述支架上设有夹持板，所述支架与夹持板之间设有带动夹持板转动的三号弹簧，所述夹持板上与转轮之间设有控制夹持板转动的弹力绳。

12、一种利用上述剥离回收装置进行回收的方法，包括以下步骤：

13、s1：放电；将磷酸铁锂电池置于质量比为5％的nacl溶液中浸泡12-24h，然后取出烘干，测量锂电池的电压是否小于1v，小于1v即可；

14、s2：拆解；分别将锂电池的两端放在一号夹持机构和二号夹持机构上，利用电机带动丝杠轴转动，使得丝杠轴带动二号环移动，丝杠轴上的转轮转动带动转环转动，转环上的切割组件对锂电池的中部进行环向切割，在锂电池的外壳被切断后二号环上的夹持组件带动锂电池的外壳一端移动，使得锂电池内的缠绕物露出，将缠绕物从锂电池的另一个外壳中拔出，然后沿着电池正负极片缠绕的方向展开，分离正负极片；

15、s3：剥离；将正极片放置于温度为60-90℃的热介质中3-5min，然后又将其放置于5-20℃的冷介质中3-5min，使正极片上的活性物质和集流体剥离，得到干净的铝箔；如果没有剥离干净，重复上面剥离步骤2-3次；

16、s4：高温热解；将得到的正极片高温热解去除粘结剂，然后冷却、研磨得到活性正极粉末；

17、s5：机械研磨；将s4中获得的活性正极粉末与研磨试剂混合放入仪器中以设定的速度和时间进行研磨，研磨试剂中的金属离子取代lifepo4中的锂，生成licl，得到固体粉末；

18、s6：水浸出；研磨反应完成后，将固体粉末转移到盛有去离子水的烧杯中浸出，浸出完成后，真空抽滤实现固液分离；

19、s7：碳酸盐回收锂；向s6中得到的溶液中加入设定摩尔比的碳酸盐试剂并置于恒温磁力搅拌器上反应，过滤得到碳酸锂沉淀，碳酸盐得到回收，所用碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾。

20、优选的，s4中的反应是在400-600℃条件下高温热解3-5h。

21、优选的，s5中活性正极粉末与研磨试剂的质量比为1:1-1:10，研磨试剂为nacl或kcl，转速为300-600rpm，时间为2-8h。

22、优选的，s6中浸出的液固比为5g/l-50g/l，浸出时间10-120min，温度15-90℃，转速300-600rpm。

23、优选的，s7中碳酸盐的摩尔比为1.5:1-2:1。

24、优选的，s7中反应的温度为70-90℃，时间为45-90min，恒温磁力搅拌器的转速为200-400rpm。

25、本发明的有益效果在于：

26、1、本发明通过冷激发剥离废旧磷酸铁锂电池的正极材料和集流体，又通过机械诱导的固相反应，使正极材料的机械能增加，反应活性增强，局部原子得以重排，使外部金属离子与锂发生同构取代，生成离子化合物，能够将锂水浸到溶液中，最后以碳酸锂形式回收，并且nacl或kcl能够重复使用。该方法全程摆脱以往回收方法对酸、碱的依赖，没有废酸液产生，并且冷激法、室温研磨也极好的实现了废液减排和低能耗的目标。是一种环保、温和、高效地剥离正极材料和回收锂地方法。

27、2、本发明通过对锂电池进行快速的剥离，提高了锂电池的回收效率，同时也减少了人工成本。

技术特征：

1.一种磷酸铁锂电池中锂正极材料的剥离回收装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池中锂正极材料的剥离回收装置，其特征在于，夹持组件包括电磁铁(10)，所述电磁铁(10)上设有一号伸缩杆(11)，所述一号伸缩杆(11)上缠绕设置有一号弹簧(12)，所述一号伸缩杆(11)远离电磁铁(10)的一端设有夹块(13)。

3.根据权利要求2所述的一种磷酸铁锂电池中锂正极材料的剥离回收装置，其特征在于，切割组件包括移动块(14)，所述移动块(14)上设有二号伸缩杆(15)，所述二号伸缩杆(15)上缠绕设置有二号弹簧(16)，所述二号伸缩杆(15)远离移动块(14)的一端设有切割刀片(17)。

4.根据权利要求3所述的一种磷酸铁锂电池中锂正极材料的剥离回收装置，其特征在于，所述二号环(5)上沿其周向设有两个以上的二次夹持组件，二次夹持组件包括支架(18)，所述支架(18)上设有夹持板(19)，所述支架(18)与夹持板(19)之间设有带动夹持板(19)转动的三号弹簧(20)，所述夹持板(19)上与转轮(9)之间设有控制夹持板(19)转动的弹力绳(21)。

5.一种利用权利要求1-4任一所述剥离回收装置进行回收的方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种磷酸铁锂电池中锂正极材料的剥离回收方法，其特征在于，s4中的反应是在400-600℃条件下高温热解3-5h。

7.根据权利要求5所述的一种磷酸铁锂电池中锂正极材料的剥离回收方法，其特征在于，s5中活性正极粉末与研磨试剂的质量比为1:1-1:10，研磨试剂为nacl或kcl，转速为300-600rpm，时间为2-8h。

8.根据权利要求5所述的一种磷酸铁锂电池中锂正极材料的剥离回收方法，其特征在于，s6中浸出的液固比为5g/l-50g/l，浸出时间10-120min，温度15-90℃，转速300-600rpm。

9.根据权利要求5所述的一种磷酸铁锂电池中锂正极材料的剥离回收方法，其特征在于，s7中碳酸盐的摩尔比为1.5:1-2:1。

10.根据权利要求5所述的一种磷酸铁锂电池中锂正极材料的剥离回收方法，其特征在于，s7中反应的温度为70-90℃，时间为45-90min，恒温磁力搅拌器的转速为200-400rpm。

技术总结
本发明涉及一种磷酸铁锂电池中锂正极材料的剥离回收方法及装置。该装置包括底板；设于底板上用于对锂电池的两端进行夹持的一号夹持机构和二号机构；一号夹持机构包括一号环，二号夹持机构包括两个电机，电机的输出轴端设有丝杠轴，两个丝杠轴均螺纹连接在同一个二号环上，所述一号环和二号环均沿各自的周向设有两个以上的夹持组件，其中，二号环上的夹持组件可于二号环的轴向移动且与二号环之间设有一号复位弹簧；本发明全程摆脱以往回收方法对酸、碱的依赖，没有废酸液产生，并且冷激法、室温研磨也极好的实现了废液减排和低能耗的目标。是一种环保、温和、高效地剥离正极材料和回收锂地方法。

技术研发人员：李春艳,张俊,赵珅,王俊杰,方正,李瑞,焦少俊
受保护的技术使用者：生态环境部南京环境科学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14