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1、废锂电池正极材料的分离 富集技术研究 031114班马占清 目录 研究背景及现状 1 1 锂电池结构及成分 2 2 分离富集方法研究 3 3 结果与讨论 4 4 CONTENTS 参考文献 5 5 研究背景 锂电池自1992年问世 以来由于其体积小比 能量高无记忆效应无 污染使用寿命长等显 著优点在许多场合代 替了有线电源及燃料 电源并被广泛运用于 手机计算机存储器掌 上电脑、 安全报警器 、卫星等民用及军事 领域为现代电子 无线 通讯产业的飞速发展 提供了可靠的动力保 障。 现状 废锂电池中含有大量有价金属其中钴5%20% 锂为5%7% 镍为5%10%，对这些有价金属进 行合理回收不仅能够缓
2、解我国目前资源短缺的 现状具有极大的经济效益 而且同时还能够变 废为宝具有显著的社会环境效益。 随着锂电池应用领域的扩 大我国锂电池的年产量也 在不断增长仅2011年全国 锂电池产量即达29.66亿 只同比增长18.22% 目前 我国已成为锂电池生产消 费和出口大国每年所报废 的旧电池也在随之增长 这些废旧电池如处理处置 不当将会带来各种环境污 染。 锂电池结构及成分 锂电池主要是由正负 极、隔离膜、电解液 、外壳等几部分组成 其中正极材料在电池 的结构中占据着重要 地位。目前在商业化 的锂电池中最为广泛 使用的正极材料是由 88%的活性材料 LiCoO2 与8%的乙炔黑导电剂 通过4%的聚偏
3、氟乙烯 PVDF粘结剂均匀涂抹 在作为集流体的铝箔 两面组成的。 实验原料 实验所用原料是从某 品牌笔记本电脑中拆 解出的锂电池组，通 过手工拆壳电池芯粉 碎所得使用电感耦合 等离子体发射光谱仪 ICP 测得正极材料主要 成分组成见下表 分离富集方法 有机溶剂溶解法 1 1 破碎筛分法 2 2 高温分解法 3 3 有机溶剂溶解法 考虑到溶解效果与成本因素实际生产中应 以二甲基甲酰胺（DMF)为锂电池正极活 性材料与铝箔溶解分离的溶剂，操作温度 以60 为宜使用DMF在60 下溶解2 h后得 到的悬浊液经过干燥后的正极活性物质黑 渣的成分见下表3 由于锂电池正极材料 与集流体铝箔间是通 过粘结剂
4、PVDF连接 因 此如通过合适的溶剂 对PVDF进行溶解便可 实现正极材料与集流 体铝箔的高效分离。 一般实验选取二甲基 甲酰胺（DMF） 二甲 基乙酰胺（DMAC）以 及在锂电池生产中常 使用的有机溶剂N-甲 基吡咯烷酮（NMP） 为溶剂。 由上表3可知采用二甲基甲酰胺（DMF）为溶 解剂在60时能基本实现废锂电池正极活性 材料与铝箔的完全分离。 破碎筛分法 不同破碎时间下正极材料分离富集 效见果表 锂电池正极是粉末状活性材 料钴酸锂与乙炔黑导电剂通 过PVDF粘结剂粘贴在铝箔上 而成的。可以通过破碎过程 中的机械撞击将粉末状活性 材料从铝箔上剥离并通过颗 粒间的形状与尺寸差实现钴 酸锂粉末
5、与铝箔的筛分分离 。 本实验将锂电池正极利用高 速万能粉碎机进行粉碎，控 制时间分别为 1min、2min、 3min、5min与10min并利用 泰勒标准筛对破碎后的解离 物料进行筛分测定不同粒度 范围内钴铝等元素含量分析 不同时间的破碎效果以及破 碎筛分规律。 破碎筛分法 不同破碎时间不同粒径的Co/AL 值 为对比不同破碎时间 下的分离富集效果需 要确定一个衡量标准 。由于 AL含量在一定 区间相对稳定，本研 究以Co/AL钴铝含量比 值 来反应钴酸锂材料 与铝箔的分离效果通 过实验发现 Co/AL值越 高分离效果越好。 破碎时间对某一特定粒径范围内Co、AL 含量比值影响甚小 。考虑到
6、物料粒径分 布综合能耗经济性等因素选取破碎10min ，60-120目粉碎料的 Co/AL值 作为本方法 的破碎处理效果与其他方法进行对比。 高温分解法 高温分解后的黑粉成分见下表9 其中钴酸锂的 回收率高达99%以上对应的Co/Al值为99.4 基于粘结锂电池正极材料 的铝箔与钴酸锂和乙炔黑导 电剂的聚偏氟乙烯粘结剂的 物化性质可通过对其加热分 解以实现金属铝箔与钴酸锂 和乙炔黑导电剂间的分离富 集。 将废锂电池正极剪切为1 -3CM 见方的小片使用高温炉 于500 加热 4h待有机粘结 剂受热分解后通过振动筛分 设备即可实现对电池正极铝 箔与钴酸锂和乙炔黑导电剂 间的高效分离富集。 结果与
7、讨论 u 综合以上3种分离方法可得出 采用有机溶剂DMF可有效分离锂电池正极活性物质钴酸锂 及铝箔 钴酸锂可进一步精制铝箔可直接回用但这种工艺仅 限于处理量较小或备有蒸馏回收设备的工厂。 采用高温分解工艺适用于投资规模较大有能力处理分解过 程中产生废气的工厂该工艺还可利用高温设备进一步煅烧 合成LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正极材料。 破碎筛分法投资能耗较小但回收富集效果较差仅适用于对 分离效果要求不高的工厂。 参考文献 赵鹏飞、满瑞林等.废旧锂离子电池回收工艺研究进展J .电池工业2011 16 6 367-371 李啊林、梁 勇、程琍琍等.从废旧电池中回收钴镍的研究进展J .中国有色冶金 2008 3 57-60 聂永丰.废电池的环境问题及控制对策J .中国资源综合利用2003 21 12 23-25 谌谷春、唐新村王志敏等.废旧锂电池中镍钴锰的回收及正极材料 LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的制备J .无机化学学报2011 2710 1 987-1 992 徐源来、徐盛明、池汝安等.废旧锂离子电池正极材料回收工艺研究J .武汉工 程大学学报2008 30 4 46-49 郭炳焜.锂离子电池M.长沙中南大学出版社2000
