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無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法

1022   編輯:中冶有色技術(shù)網(wǎng)   來源:湖南金陽烯碳新材料股份有限公司  
2023-12-21 10:24:06
權(quán)利要求書: 1.一種無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其特征是:其包括以下步驟:S1、將廢舊鋰離子電池的石墨負(fù)極片與催化油漿按質(zhì)量比1:3~5置于混捏機(jī)中進(jìn)行混捏,使石墨粉從銅箔上剝離下來;

S2、將步驟1中的銅箔通過篩網(wǎng)從石墨粉與催化油漿的混合漿料中分離出來,然后用水沖洗,獲得高純度銅箔;

S3、步驟2中的石墨粉與催化油漿的混合漿料通過離心分離獲得石墨粉濕料;所述石墨粉濕料用蒸餾水洗滌多次,洗滌后壓濾分離,得到石墨粉濕粉;

S4、將步驟S3中得到的石墨粉濕粉進(jìn)行烘干處理,冷卻后,得到高純度石墨粉。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其特征是:其步驟S1中,所述催化油漿中的三環(huán)與四環(huán)芳烴含量為≥60%,S含量為0~3%,灰分≤0.1%,芳香度≥75%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其特征是:其步驟S1中,攪拌速度為10~30rpm,溫度為?20~40℃、反應(yīng)氣氛為空氣氣氛,反應(yīng)時間為2~

5h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其特征是:其步驟S3中,石墨粉與催化油漿的混合漿料離心分離步驟,離心轉(zhuǎn)速為2000~4000rpm,離心時間為3~5min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其特征是:其步驟S3中,石墨粉濕料用蒸餾水洗滌多次,每次洗滌的配比計(jì)算公式為:石墨粉濕料按干粉計(jì)算重量,計(jì)算后的石墨粉與蒸餾水的質(zhì)量比為1:0.5 2。

~

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其特征是:其步驟S3中,石墨粉濕料壓濾分離步驟,濾網(wǎng)為100~300目,壓力為1~3MPa。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其特征是:其步驟S4中,石墨粉濕粉在120~180℃溫度下烘干處理,氣氛為空氣氣氛,烘干時間為1~4h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其特征是:其得到的銅箔純度≥98%;石墨粉純度≥99.5%。

說明書: 無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明屬于鋰離子電池負(fù)極材料回收技術(shù)領(lǐng)域,尤其是涉及一種無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法。背景技術(shù)[0002] 近年來,新能源汽車的銷售量穩(wěn)步增長,具有高能量密度和高電壓、長壽命、寬工作溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)的鋰離子電池作為影響新能源汽車?yán)m(xù)航里程與安全性能的核心部件,其發(fā)展水平直接決定了新能源汽車的產(chǎn)業(yè)規(guī)模與發(fā)展水平。目前鋰離子電池的產(chǎn)量屢創(chuàng)新高。鋰離子電池的服役壽命約為3~5年,大批量的鋰離子電池壽命終止后,必然產(chǎn)生大量的廢舊鋰離子電池。據(jù)統(tǒng)計(jì),2020年市場動力電池累計(jì)退役量達(dá)到20萬噸。至2025年,鋰離子電池的退役量將達(dá)到64萬噸。大量的廢舊鋰離子電池如果處理不當(dāng),將會對環(huán)境造成嚴(yán)重危害,也會造成資源的浪費(fèi),更甚者對人類健康成嚴(yán)重威脅。[0003] 通過電池各部分的回收再利用來提高資源利用率已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。目前,許多研究都集中在回收高成本的正極材料(例如LiCoO2、LiFePO4等),針對價格低廉且儲量豐富的石墨負(fù)極材料的回收極少。追其原因,主要是由于石墨負(fù)極材料價格低廉,但回收成本卻很高,從而導(dǎo)致回收利潤過低;而造成回收成本高的原因是石墨粉與銅箔難以分離徹底,剝離過程中石墨粉和銅箔相互污染,因而后期需要多次酸洗才能保證石墨粉的純度,這就必然增加了石墨廢料的回收成本。但事實(shí)上,從廢鋰離子電池(LIBs)中回收石墨對于資源回收和保護(hù)環(huán)境是至關(guān)重要的。[0004] 中國專利CN110190352A公開一種鋰離子電池負(fù)極材料的回收方法,其將廢舊鋰離子電池放電后拆解得到負(fù)極片,使用棒磨機(jī)對負(fù)極片進(jìn)行粉碎后再進(jìn)行篩分,而后使用氣流分選設(shè)備分離銅粉與石墨粉,之后再將所得石墨粉進(jìn)行高溫除雜。但是,高溫?zé)峤庠黾恿四芎?,且預(yù)處理階段銅箔就被粉碎,導(dǎo)致其與石墨混合,因此,產(chǎn)品的灰分普遍偏高,其所得石墨粉灰分一般集中在3 20%,甚至還有可能達(dá)到40%附近,增加了回收工藝的難度。~

[0005] 中國專利CN113131029A公開一種鋰離子電池石墨負(fù)極回收利用再生石墨烯的方法,其將廢舊鋰離子電池負(fù)極片首先使用水或稀鹽酸進(jìn)行預(yù)膨脹分離銅箔與石墨,然后對石墨分散液進(jìn)行中和、固液分離、酸洗和烘干等過程得到石墨粉,最后采用高溫處理制造石墨烯產(chǎn)品。但是,酸會腐蝕設(shè)備,縮短設(shè)備的使用壽命,且整個工藝流程復(fù)雜。[0006] 中國專利CN109742475A公開一種廢舊鋰離子電池負(fù)極材料的回收利用方法,其首先將廢舊鋰離子電池負(fù)極片使用刮刀從銅箔上分離,然后采用乙醇、丙酮、碳酸二甲酯或水作為清洗劑得到的負(fù)極粉進(jìn)行清洗,然后將石墨粉進(jìn)行烘干、高溫煅燒等過程進(jìn)行除雜,然后將回收得到的石墨作為負(fù)極材料應(yīng)用于鈉離子或鉀離子電池中,獲得了較好的電化學(xué)性能。但是,手工處理石墨的回收率不高,且有機(jī)溶劑成本較高,對人體有害。[0007] 綜上所述,現(xiàn)有技術(shù)中的負(fù)極石墨與銅箔的分離方法存在分離效率低、工藝流程復(fù)雜、工藝過程環(huán)保性差以及分離成本高等問題,不利于規(guī)?;剡M(jìn)行鋰電池負(fù)極廢料中的石墨與銅箔的分離。發(fā)明內(nèi)容[0008] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中的廢舊鋰電池石墨片剝離難的問題,本發(fā)明的目的是提供一種無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其工藝流程簡單,能夠?qū)U舊石墨片剝離成高純石墨粉與高純銅箔,避免了石墨粉酸洗工序,不僅大幅降低了石墨廢料回收成本,還能夠削除因酸洗而產(chǎn)生的環(huán)境污染。[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:[0010] 一種無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其包括以下步驟:[0011] S1、將廢舊鋰離子電池的石墨負(fù)極片與催化油漿按質(zhì)量比1:3~5置于混捏機(jī)中進(jìn)行混捏,使石墨粉從銅箔上剝離下來;[0012] S2、將步驟1中的銅箔通過50~100目篩網(wǎng)從石墨粉與催化油漿的混合漿料中分離出來,然后用水沖洗,獲得高純度銅箔;[0013] S3、步驟2中的石墨粉與催化油漿的混合漿料通過離心分離獲得石墨粉濕料;所述石墨粉濕料用蒸餾水洗滌多次,洗滌后壓濾分離,得到石墨粉濕粉;[0014] S4、將步驟S3中得到的石墨粉濕粉進(jìn)行烘干處理,冷卻后,得到高純度石墨粉。[0015] 進(jìn)一步地,上述的步驟S1中,所述催化油漿中的三環(huán)與四環(huán)芳烴含量為≥60%,S含量為0~3%,灰分≤0.1%,芳香度≥75%。[0016] 進(jìn)一步地,上述的步驟S1中,攪拌速度為10~30rpm,溫度為?20~40℃、反應(yīng)氣氛為空氣氣氛,反應(yīng)時間為2~5h。[0017] 進(jìn)一步地,上述的步驟S3中,石墨粉與催化油漿的混合漿料離心分離步驟,離心轉(zhuǎn)速為2000~4000rpm,離心時間為3~5min。[0018] 進(jìn)一步地,上述的步驟S3中,石墨粉濕料用蒸餾水洗滌多次,每次洗滌的配比計(jì)算公式為:石墨粉濕料按干粉計(jì)算重量,計(jì)算后的石墨粉與蒸餾水的質(zhì)量比為1:0.5 2。~

[0019] 進(jìn)一步地,上述的步驟S3中,石墨粉濕料壓濾分離步驟,濾網(wǎng)為100~300目,壓力為1~3MPa。[0020] 進(jìn)一步地,上述的步驟S4中,石墨粉濕粉在120~180℃溫度下烘干處理,氣氛為空氣氣氛,烘干時間為1~4h。[0021] 進(jìn)一步地,上述的無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其得到的銅箔純度≥98%;石墨粉純度≥99.5%。[0022] 由于采用如上所述的技術(shù)方案,本發(fā)明具有如下優(yōu)越性:[0023] 該無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其工藝流程簡單,易于操作,由于負(fù)極極片的粘接是通過粘接劑的作用將石墨粉體粘接在銅箔表面,粘接劑為熱固性樹脂,固化后脆性較強(qiáng),通過混捏機(jī)對極片的捏合、揉搓,能夠破壞粘接劑的粘接作用;催化油漿由于富含芳香烴,因此與石墨粉具有良好的浸潤性和黏連性,在混捏機(jī)的揉搓力下,催化油漿起到“液體膠帶”的作用,一旦石墨粉層有一個位置出現(xiàn)粘接松動,催化油漿就能夠輕松將周圍一大片石墨粉層裹卷起來,實(shí)現(xiàn)石墨粉與銅箔的無損剝離;混在催化油漿中的石墨粉內(nèi)部還有CMC(羧甲基纖維素鈉)、SBR(丁苯橡膠)以及鋰鹽等雜質(zhì),通過蒸餾水洗滌即能夠?qū)⑸鲜鲭s質(zhì)有效去除,避免了酸洗工藝,從根本上解決了酸洗殘液的環(huán)境污染問題。[0024] 該無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其利用混捏機(jī)對物料捏合力以及催化油漿中芳香環(huán)對石墨產(chǎn)生的高浸潤和粘黏作用,從而能夠在室溫下完成石墨粉從銅箔上的無損剝離,銅箔在剝離過程中不會被破壞,因此,所得石墨粉與銅箔的純度能夠達(dá)到98%以上。

附圖說明[0025] 圖1是本發(fā)明鋰離子電池負(fù)極材料的回收工藝實(shí)施例2所得石墨粉的掃描電鏡圖;[0026] 圖2是對比例所得石墨粉的掃描電鏡圖。具體實(shí)施方式[0027] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。[0028] 實(shí)施例1[0029] 一種無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其包括以下步驟:[0030] S1、將廢舊鋰離子電池的石墨負(fù)極片與催化油漿按質(zhì)量比1:3置于混捏機(jī)中進(jìn)行混捏,所述催化油漿中的三環(huán)與四環(huán)芳烴含量為69%,S含量為0.2%,灰分0.03%,芳香度為82;攪拌速度為10rpm,溫度為?15℃、反應(yīng)氣氛為空氣氣氛,反應(yīng)時間為2h,使石墨粉從銅箔上剝離下來;

[0031] S2、關(guān)閉混捏機(jī),將銅箔通過50目篩網(wǎng)從混捏機(jī)中石墨粉與催化油漿的混合漿料撈取后,用自來水沖洗3次直至廢液澄清,獲得高純度銅箔;[0032] S3、石墨粉與催化油漿的混合漿料通過離心分離除去催化油漿,離心轉(zhuǎn)速為2000rpm,離心時間為3min,獲得石墨粉濕料;所述石墨粉濕料用蒸餾水反復(fù)洗滌、壓濾5次,壓濾機(jī)的篩網(wǎng)為225目,壓力為2MPa,每次石墨粉與蒸餾水的質(zhì)量比為1:0.5,得到石墨粉濕粉;

[0033] S4、將石墨粉濕粉在120℃下烘干4h,冷卻后,得到高純度石墨粉。[0034] 實(shí)施例2[0035] 一種無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其包括以下步驟:[0036] S1、將廢舊鋰離子電池的石墨負(fù)極片與催化油漿按質(zhì)量比1:4置于混捏機(jī)中進(jìn)行混捏,所述催化油漿中的三環(huán)與四環(huán)芳烴含量為69%,S含量為0.2%,灰分0.03%,芳香度為82;攪拌速度為20rpm,溫度為5℃、反應(yīng)氣氛為空氣氣氛,反應(yīng)時間為3h,使石墨粉從銅箔上剝離下來;

[0037] S2、關(guān)閉混捏機(jī),將銅箔通過60目篩網(wǎng)從混捏機(jī)中石墨粉與催化油漿的混合漿料撈取后,用自來水沖洗5次直至廢液澄清,獲得高純度銅箔;[0038] S3、石墨粉與催化油漿的混合漿料通過離心分離除去催化油漿,離心轉(zhuǎn)速為3000rpm,離心時間為4min,獲得石墨粉濕料;所述石墨粉濕料用蒸餾水反復(fù)洗滌、壓濾7次,壓濾機(jī)的篩網(wǎng)為225目,壓力為2MPa,每次石墨粉與蒸餾水的質(zhì)量比為1:1,得到石墨粉濕粉;

[0039] S4、將石墨粉濕粉在150℃下烘干2h,冷卻后,得到高純度石墨粉。[0040] 實(shí)施例3[0041] 一種無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其包括以下步驟:[0042] S1、將廢舊鋰離子電池的石墨負(fù)極片與催化油漿按質(zhì)量比1:5置于混捏機(jī)中進(jìn)行混捏,所述催化油漿中的三環(huán)與四環(huán)芳烴含量為69%,S含量為0.2%,灰分0.03%,芳香度為82;攪拌速度為30rpm,溫度為35℃、反應(yīng)氣氛為空氣氣氛,反應(yīng)時間為5h,使石墨粉從銅箔上剝離下來;

[0043] S2、關(guān)閉混捏機(jī),將銅箔通過80目篩網(wǎng)從混捏機(jī)中石墨粉與催化油漿的混合漿料撈取后,用自來水沖洗6次直至廢液澄清,獲得高純度銅箔;[0044] S3、石墨粉與催化油漿的混合漿料通過離心分離除去催化油漿,離心轉(zhuǎn)速為3800rpm,離心時間為5min,獲得石墨粉濕料;所述石墨粉濕料用蒸餾水反復(fù)洗滌、壓濾9次,壓濾機(jī)的篩網(wǎng)為225目,壓力為2MPa,每次石墨粉與蒸餾水的質(zhì)量比為1:2,得到石墨粉濕粉;

[0045] S4、將石墨粉濕粉在180℃下烘干1h,冷卻后,得到高純度石墨粉。[0046] 實(shí)施例4[0047] 一種無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其包括以下步驟:[0048] S1、將廢舊鋰離子電池的石墨負(fù)極片與催化油漿按質(zhì)量比1:4置于混捏機(jī)中進(jìn)行混捏,所述催化油漿中的三環(huán)與四環(huán)芳烴含量為62%,S含量為0.8%,灰分0.06%,芳香度為76;攪拌速度為20rpm,溫度為5℃、反應(yīng)氣氛為空氣氣氛,反應(yīng)時間為3h,使石墨粉從銅箔上剝離下來;

[0049] S2、關(guān)閉混捏機(jī),將銅箔通過100目篩網(wǎng)從混捏機(jī)中石墨粉與催化油漿的混合漿料撈取后,用自來水沖洗5次直至廢液澄清,獲得高純度銅箔;[0050] S3、石墨粉與催化油漿的混合漿料通過離心分離除去催化油漿,離心轉(zhuǎn)速為3000rpm,離心時間為4min,獲得石墨粉濕料;所述石墨粉濕料用蒸餾水反復(fù)洗滌、壓濾7次,壓濾機(jī)的篩網(wǎng)為225目,壓力為2MPa,每次石墨粉與蒸餾水的質(zhì)量比為1:1,得到石墨粉濕粉;

[0051] S4、將石墨粉濕粉在150℃下烘干2h,冷卻后,得到高純度石墨粉。[0052] 實(shí)施例5[0053] 一種無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其包括以下步驟:[0054] S1、將廢舊鋰離子電池的石墨負(fù)極片與催化油漿按質(zhì)量比1:4置于混捏機(jī)中進(jìn)行混捏,所述催化油漿中的三環(huán)與四環(huán)芳烴含量為63%,S含量為1.8%,灰分0.05%,芳香度為78;攪拌速度為20rpm,溫度為5℃、反應(yīng)氣氛為空氣氣氛,反應(yīng)時間為3h,使石墨粉從銅箔上剝離下來;

[0055] S2、關(guān)閉混捏機(jī),將銅箔通過100目篩網(wǎng)從混捏機(jī)中石墨粉與催化油漿的混合漿料撈取后,用自來水沖洗5次直至廢液澄清,獲得高純度銅箔;[0056] S3、石墨粉與催化油漿的混合漿料通過離心分離除去催化油漿,離心轉(zhuǎn)速為3000rpm,離心時間為4min,獲得石墨粉濕料;所述石墨粉濕料用蒸餾水反復(fù)洗滌、壓濾9次,壓濾機(jī)的篩網(wǎng)為225目,壓力為2MPa,每次石墨粉與蒸餾水的質(zhì)量比為1:1,得到石墨粉濕粉;

[0057] S4、將石墨粉濕粉在150℃下烘干2h,冷卻后,得到高純度石墨粉。[0058] 對比例[0059] 一種無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法,其包括以下步驟:[0060] S1、將廢舊鋰離子電池的石墨負(fù)極片與蒸餾水按質(zhì)量比1:4置于混捏機(jī)中進(jìn)行混捏,攪拌速度為20rpm,溫度為5℃、反應(yīng)氣氛為空氣氣氛,反應(yīng)時間為3h;[0061] S2、關(guān)閉混捏機(jī),將銅箔通過100目篩網(wǎng)從混捏機(jī)中撈取后,用自來水沖洗9次直至廢液澄清,獲得銅箔對比例;[0062] S3、剩余漿料通過離心分離除去催化油漿,離心轉(zhuǎn)速為3000rpm,離心時間為4min,獲得石墨粉濕粉;[0063] S4、將石墨粉濕粉在150℃下烘干2h,冷卻后,得到石墨粉對比例。[0064] 上述實(shí)施例1~5中得到的銅箔與石墨粉與對比例中得到的銅箔與石墨粉進(jìn)行灰分檢測,具體測試結(jié)果如下表所示。[0065] 表1 實(shí)施例1 5與對比例的性能參數(shù)~

[0066][0067] 根據(jù)實(shí)施例2、4、5對比得知,催化油漿種類對銅箔的純度影響較大,采用催化油漿作為剝離劑,效果遠(yuǎn)高于蒸餾水,通過催化油漿剝離,銅箔幾乎可以達(dá)到無損狀態(tài),純度≥98%。

[0068] 根據(jù)實(shí)施例1、2、3對比得知,催化油漿種類對石墨粉純度影響不大,但仍是明顯高于對水剝離的方式,這與催化油漿對石墨粉中CMC與SBR的溶解存在關(guān)系。[0069] 圖1是本發(fā)明鋰離子電池負(fù)極材料的回收工藝實(shí)施例2所得石墨粉的掃描電鏡圖;圖中,使用儀器為日立TM4000掃描電鏡;電壓為10k;工作距離為7.0mm;放大倍數(shù)為500倍;

BSE為背散射電子相。

[0070] 圖2是對比例所得石墨粉的掃描電鏡圖;圖中,使用儀器為日立TM4000掃描電鏡;電壓為10k;工作距離為6.4mm;放大倍數(shù)為500倍;BSE為背散射電子相。

[0071] 在圖2中,A、B、C、D區(qū)域里面的亮點(diǎn)表示灰分,從圖1、圖2的電鏡圖上能夠看出催化油漿對極片的剝離效果明顯優(yōu)于蒸餾水。[0072] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例,而非對本發(fā)明的限制,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下,凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾,皆應(yīng)屬本發(fā)明的專利保護(hù)范圍之內(nèi)。



聲明:
“無損回收廢舊鋰離子電池石墨負(fù)極片的方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究,如用于商業(yè)用途,請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
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