專利名稱：從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法
從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法技術(shù)領(lǐng)域發(fā)明涉及二次電池，尤其涉及廢蓄電池有用部件的再生，特別是涉及從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法。
背景技術(shù)：
鋰離子二次電池，簡(jiǎn)稱鋰離子電池是一種綜合性能較好的可充電化學(xué)電池，具有工作電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電小、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于移動(dòng)通訊、筆記本電腦、便攜式工具、礦燈、電力助動(dòng)車和電動(dòng)汽車等應(yīng)用領(lǐng)域。除已經(jīng)大量應(yīng)用于計(jì)算機(jī)(Computer)、通信(Communication)和消費(fèi)類電子產(chǎn)品(Consumer Electronics)的所謂3C產(chǎn)品外，鋰離子二次電池有望成為未來(lái)電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿?lái)源， 屆時(shí)電池的使用量將數(shù)倍增長(zhǎng)。目前市場(chǎng)上的鋰離子二次電池使用的正極材料主要是鈷酸鋰(LiCoO2)、尖晶石錳酸鋰(LiMn2O4)，以及磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)，另外還有少數(shù)采用鎳酸鋰(LiNiO2)以及其他二元/三元材料，以上幾種材料均含有寶貴的金屬鋰資源。鋰離子二次電池使用的正極材料量很大，對(duì)于不可再生的金屬資源的消耗是十分可觀，所以在鋰離子二次電池使用量與日俱增之際，回收廢舊鋰離子二次電池中經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、含量較大的金屬，對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展，具有重要意義，既可以防止環(huán)境污染，又可回收各種寶貴金屬資源。雖然鋰離子二次電池的商業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)在近十年來(lái)日益成熟，但相應(yīng)的廢舊鋰離子二次電池回收技術(shù)的研究和開發(fā)則顯得比較滯后，現(xiàn)有技術(shù)廢舊鋰離子二次電池回收處理辦法主要為物理分選法及化學(xué)溶蝕純化法，回收流程主要為電池拆解后進(jìn)行熱處理，以分解有機(jī)物質(zhì)，再進(jìn)行破碎篩分，接著進(jìn)行有價(jià)值金屬的分離和純化等。而且現(xiàn)有技術(shù)往往先提純和回收鈷、鋁等金屬資源后，再進(jìn)行鋰離子資源的回收。 經(jīng)過(guò)一系列費(fèi)時(shí)耗能的化學(xué)處理后得到的鋰離子產(chǎn)物純度亦不高，且大多處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，成功的工業(yè)化應(yīng)用方面的報(bào)道還很少，技術(shù)方面還有待優(yōu)化和完善。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的工藝復(fù)雜、純度不高等問(wèn)題。本發(fā)明要解決所述技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)提供一種從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法，依次包括如下步驟A.將回收的廢舊鋰離子二次電池完全放電，使該廢舊電池各負(fù)極片上的可逆鋰離子全部轉(zhuǎn)移至正極，在正極片上形成鋰鹽；B.將所述放電處理后的電池，用機(jī)械拆解的物理方式將正極片完整地取出，烘干；C.用金屬鋰或可覆鋰的材料做負(fù)極片配合由步驟B處理后的各正極片，放入有電解液的專用化成槽中經(jīng)電聯(lián)接后，正負(fù)極片組分別接到直流電源的正、負(fù)極匯流排，進(jìn)行外化成處理，使可逆的鋰離子從所述各正極片轉(zhuǎn)移至所述各負(fù)極片上沉積；D.將所述經(jīng)外化成處理后的各正、負(fù)極片取出，則負(fù)極片上析出的金屬鋰可直接回收利用。步驟A中所述“電池完全放電”是指，使用放電倍率為0.05C 3C、終止電壓是0. IV 0. 2V。步驟A中所述鋰鹽包括磷酸亞鐵鋰LiFePCV鈷酸鋰LiCo02、尖晶石錳酸鋰 LiMn204、鎳酸鋰LiNiR和三元正極材料LiNixCoyMnzO2。步驟B中所述“烘干”是采用烘道或真空烘干方式，烘烤溫度在80°C 130°C，烘烤時(shí)間6h以上。步驟C中所述“經(jīng)電聯(lián)接”是指所述各正極片與負(fù)極片分別用串聯(lián)、并聯(lián)和/或混聯(lián)方式聯(lián)接成為正、負(fù)極片組。步驟C中“將所述正、負(fù)析片級(jí)分別接至直流電源的正、負(fù)極匯流排”所用正極導(dǎo)線是鋁質(zhì)的，所用負(fù)極導(dǎo)線是銅質(zhì)的。步驟C中所述專用化成槽是在充滿不與金屬鋰反應(yīng)的惰性氣體并設(shè)置有防爆裝置的密封環(huán)境中工作，所述環(huán)境溫度在0°C 50°C范圍內(nèi)，水分濕度小于；氧含量小于 20ppm ；所述外化成處理所用化成電流是0. 02C 2C，化成時(shí)間為30min 55h。所述不與金屬鋰反應(yīng)的惰性氣體包括氦、氖和氬，所述氣體純度> 99. 9%。本發(fā)明要解決所述技術(shù)問(wèn)題還提供一種盛有電解液的專用外化成槽，用于從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的工藝過(guò)程，將其置于充滿包括純度氬氣的惰性氣體且安裝有自動(dòng)防爆裝置的環(huán)境中，所述的專用外化成槽包括化成池、一對(duì)槽排和正、負(fù)匯流排；所述正、負(fù)匯流排分別固定于所述槽排上部；所述槽排的一面設(shè)有極片固定槽，該極片固定槽的寬度W是所述鋰離子電池極片厚度的1. 1 3倍；槽排互相平行地插在所述化成池的槽池中；所述槽池的高度H，比所極片的寬稍大1 10mm。當(dāng)需要化成時(shí)，調(diào)整該槽排之間的間距L，使間距L比所述極片的長(zhǎng)度稍大1 IOmm;用螺釘將槽排兩端固定在所述化成池(04)的上沿池壁上；正、負(fù)極片依次插入所述槽排極片固定槽中，用正或負(fù)極片導(dǎo)電夾將其分別固定，該各正、負(fù)極片導(dǎo)電夾又分別通過(guò)正、負(fù)極導(dǎo)線各自接到與其對(duì)應(yīng)的正、負(fù)匯流排上，通電后即可進(jìn)行外化成處理。同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于采用本發(fā)明的方法能有效地將可逆鋰資源統(tǒng)一收集起來(lái)，回收的鋰金屬資源達(dá)95%以上，純度在99. 9%以上，較現(xiàn)有技術(shù)的的還原或蒸餾等方法制備出的金屬鋰純度更高。而且此方法原理簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)易，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。


圖1是本發(fā)明從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法之優(yōu)選實(shí)施例流程圖；圖2是所述優(yōu)選實(shí)施例中正極板01與負(fù)極板02分別并聯(lián)聯(lián)接后再接入專用外化成槽進(jìn)行外化成的示意圖；圖3是所述外化成槽的軸視投影示意圖。
具體實(shí)施方式
下面，結(jié)合附圖所示之優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。參見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明從廢舊鋰離子二次電池的回收金屬鋰的方法之優(yōu)選實(shí)施例，是采用如下步驟A.先將回收的廢舊鋰離子二次電池完全放電，放電倍率在0.05C 3C，終止電壓0. IV 0. 2V，使得廢舊電池各負(fù)極片中的可逆鋰離子全部轉(zhuǎn)移至正極，此時(shí)正極片形成鋰含量較高的正極材料鋰鹽，包括Lii^P04、LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2、以及三元正極材料 LiNixCoyMnzO2 等。
B.采用機(jī)械拆解的物理方法把步驟A所述完全放電的廢舊電池的各正極片01完整地取出后，用烘道或真空烘干等方式對(duì)正極片進(jìn)行烘干，烘烤溫度在80°C 130°C，烘烤時(shí)間6h以上。C.將經(jīng)步驟B烘干后的各正極片01轉(zhuǎn)移至濕度小于的環(huán)境中；使用鋰或其他可覆鋰材料做負(fù)極片02配合所述正極片01，放入有普通鋰離子二次電池使用的電解液的專用外化成槽04中，經(jīng)電聯(lián)聯(lián)接成正、負(fù)極片組后，將正負(fù)極片組分別接到直流電源的正、 負(fù)極匯流排07、09，進(jìn)行外化成處理，使可逆的鋰離子從所述各正極片01內(nèi)轉(zhuǎn)移到所述各負(fù)極上沉積。D.將所述經(jīng)外化成處理后的正、負(fù)極片取出，所述負(fù)極片上析出的金屬鋰可直接回收再利用。所述各正極片則可經(jīng)過(guò)破碎，熱處理，溶解以及化學(xué)沉淀等物理或化學(xué)方式回收其他金屬資源。在本實(shí)施例中，步驟C中所述“經(jīng)電聯(lián)接”是指所述各正極片與負(fù)析片分別用串聯(lián)、并聯(lián)和或混聯(lián)方式聯(lián)接成正、負(fù)極片組。參見(jiàn)圖2所的述正、負(fù)極片組與外化成槽的聯(lián)接方法，在該圖中各正極板01與負(fù)極板02分別插入專用外化成槽的槽排11的極片固定槽111中，其中所述各正極片01采用并聯(lián)連接方式出兩端用正極導(dǎo)電夾子05固定，再通過(guò)由鋁材質(zhì)或其他金屬材質(zhì)制成的正極導(dǎo)線06、以焊連接等方式引入至正極匯流排07中；所述各負(fù)極片02采用并聯(lián)連接方式用負(fù)極導(dǎo)電夾子05’兩端固定后，再通過(guò)由銅材質(zhì)或其他金屬制成的負(fù)極導(dǎo)線08、以焊連接等方式引入至負(fù)極匯流排09中。所述專用外化成槽04在充滿惰性氣體，且安裝有自動(dòng)防暴裝置的環(huán)境中，環(huán)境溫度在0°C 50°C范圍內(nèi)，水分濕度小于1 %，氧含量小于20ppm的條件下進(jìn)行外化成處理，化成電流為0. 02C 2C，化成時(shí)間是30min 55h，所用惰性氣體包括氦、氖和氬。用本實(shí)施例的方法可較好地從正極材料中回收如磷酸亞鐵鋰、錳酸鋰等鋰鹽中的金屬鋰，可回收所述正極材料上的95%以上的金屬鋰資源。參考圖2和3，本發(fā)明要解決所述技術(shù)問(wèn)題還提供一種盛有電解液的專用外化成槽，用于前述從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的工藝過(guò)程，將其置于充滿包括高純度氬氣的惰性氣體且安裝有自動(dòng)防爆裝置的環(huán)境中，所述的專用外化成槽包括化成池04、一對(duì)槽排11和正、負(fù)匯流排07、09 ；所述正、負(fù)匯流排07、09分別固定于所述槽排11上部；所述槽排11的一面設(shè)有極片固定槽111，該極片固定槽111的寬度W是所述鋰離子電池極片厚度的1. 1 3倍；槽排11互相平行地插在所述化成池04的槽池中；所述槽池的高度H，比所極片的寬稍大1 10mm。當(dāng)需要化成時(shí)，調(diào)整該槽排11之間的間距L，使間距L比所述極片的長(zhǎng)度稍大1 IOmm ；用螺釘將槽排11兩端固定在所述化成池04的上沿池壁上；正、負(fù)極片依次插入所述槽排11極片固定槽111中，用正或負(fù)極片導(dǎo)電夾05、05’將其分別固定，該各正、負(fù)極片導(dǎo)電夾05、05，又分別通過(guò)正、負(fù)極導(dǎo)線06、08各自接到與其對(duì)應(yīng)的正、負(fù)匯流排07、09上，通電后即可進(jìn)行外化成處理。
權(quán)利要求
1.一種從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法，依次包括如下步驟A.將回收的廢舊鋰離子二次電池完全放電，使該廢舊電池各負(fù)極片上的可逆鋰離子全部轉(zhuǎn)移至正極，在正極片上形成鋰鹽；B.將所述放電處理后的電池，用機(jī)械拆解的物理方式將正極片完整地取出，烘干；C.用金屬鋰或可覆鋰的材料做負(fù)極片配合由步驟B處理后的各正極片，放入有電解液的專用化成槽中經(jīng)電聯(lián)接后，正負(fù)極片組分別接到直流電源的正、負(fù)極匯流排，進(jìn)行外化成處理，使可逆的鋰離子從所述各正極片轉(zhuǎn)移至所述各負(fù)極片上沉積；D.將所述經(jīng)外化成處理后的各正、負(fù)極片取出，則負(fù)極片上析出的金屬鋰可直接回收利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法，其特征在于 步驟A中所述“電池完全放電”是指，使用放電倍率為0. 05C 3C、終止電壓是0. IV 0. 2V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法，其特征在于 步驟A中所述鋰鹽包括磷酸亞鐵鋰LiFePO4、鈷酸鋰LiCoO2、尖晶石錳酸鋰LiMn2O4、鎳酸鋰LiNiR和三元正極材料LiNixCoyMnzO2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法，其特征在于 步驟B中所述“烘干”是采用烘道或真空烘干方式，烘烤溫度在80°C 130°C，烘烤時(shí)間6h以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法，其特征在于 步驟C中所述“經(jīng)電聯(lián)接”是指所述各正極片與負(fù)極片分別用串聯(lián)、并聯(lián)和/或混聯(lián)方式聯(lián)接成為正、負(fù)極片組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法，其特征在于 步驟C中“將所述正、負(fù)極片分別接至直流電源的正、負(fù)極匯流排”所用正極導(dǎo)線是鋁質(zhì)的，所用負(fù)極導(dǎo)線是銅質(zhì)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法，其特征在于 步驟C中所述專用化成槽是在充滿不與金屬鋰反應(yīng)的惰性氣體并設(shè)置有防爆裝置的密封環(huán)境中工作，所述環(huán)境溫度在0°C 50°C范圍內(nèi)，水分濕度小于；氧含量小于 20ppmo
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法，其特征在于 步驟C中所述外化成處理所用化成電流是0. 02C 2C，化成時(shí)間為30min 55h。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法，其特征在于 所述不與金屬鋰反應(yīng)的惰性氣體包括氦、氖或氬，所述氣體純度> 99. 9%。
10.一種盛有電解液的專用外化成槽，用于從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的工藝過(guò)程，將其置于充滿包括純度氬氣的惰性氣體且安裝有自動(dòng)防爆裝置的環(huán)境中，其特征在于包括化成池(04)、一對(duì)槽排(11)和正、負(fù)匯流排(07,09)；所述正、負(fù)匯流排(07,09) 分別固定于所述槽排(11)上部；所述槽排(11)的一面設(shè)有極片固定槽(111)，該極片固定槽(111)的寬度W是所述鋰離子電池極片厚度的1. 1 3倍；槽排(11)互相平行地插在所述化成池(04)的槽池中；當(dāng)需要化成時(shí)，調(diào)整該槽排(11)之間的間距L，使間距L比所述極片的長(zhǎng)度稍大1 IOmm;用螺釘將槽排(11)兩端固定在所述化成池(04)的上沿池壁上；正、負(fù)極片依次插入所述槽排(11)極片固定槽(111)中，用正或負(fù)極片導(dǎo)電夾(05、05’ )將其分別固定，該各正、負(fù)極片導(dǎo)電夾(05、05’)又分別通過(guò)正、負(fù)極導(dǎo)線(06、08)各自接到與其對(duì)應(yīng)的正、負(fù)匯流排(07、09)上，通電后即可進(jìn)行外化成處理。
全文摘要
一種從廢舊鋰離子二次電池回收金屬鋰的方法，是將回收的廢舊鋰離子二次電池完全放電，使該廢舊電池各負(fù)極片上的可逆鋰離子全部轉(zhuǎn)移至正極，在正極片上形成鋰鹽；將所述放電處理后的電池，用機(jī)械拆解的物理方式將正極片完整地取出，烘干；用金屬鋰或可覆鋰的材料做負(fù)極片配合由前步驟處理后的各正極片，放入有電解液的專用化成槽中經(jīng)電聯(lián)接后，正負(fù)極片組分別接到直流電源的正、負(fù)極匯流排，進(jìn)行外化成處理，使可逆的鋰離子從所述各正極片轉(zhuǎn)移至所述各負(fù)極片上沉積；將所述經(jīng)外化成處理后的各正、負(fù)極片取出，則負(fù)極片上析出的金屬鋰可直接回收利用。本發(fā)明的有益效果是能有效地將可逆鋰資源統(tǒng)一收集起來(lái)，回收的鋰金屬資源達(dá)95％以上，純度在99.9％以上，而且此方法原理簡(jiǎn)單，設(shè)備簡(jiǎn)易，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。
文檔編號(hào)C22B26/12GK102277495SQ201010199758
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者周建青, 張華農(nóng), 梁國(guó)標(biāo), 胡金豐, 衣守忠 申請(qǐng)人:深圳市雄韜電源科技股份有限公司