一種廢舊鋰離子電池電解液資源化利用和無(wú)害化處理方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鋰離子電池回收、再生資源利用與回收的領(lǐng)域，特指一種廢舊鋰離子 電池電解液資源化利用和無(wú)害化處理方法，以及使用該方法的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池由于高工作電壓、高比能量、高輸出功率、長(zhǎng)壽命、便攜性好等突出優(yōu) 勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于便攜式電腦、手機(jī)、數(shù)碼設(shè)備、電動(dòng)工具等領(lǐng)域，近年來(lái)逐步大量地運(yùn)用 到新能源電動(dòng)汽車上。隨著不斷大量生產(chǎn)和使用鋰離子電池，廢舊鋰離子電池如何處理的 問(wèn)題將日益緊迫。盡管鋰離子電池被視為綠色電源，但其使用了有毒和易燃的有機(jī)電解 質(zhì)，例如六氟磷酸鋰（LiPF6)。六氟磷酸鋰熱穩(wěn)定性差，易分解生成氟化鋰（LiF)和五氟化 磷（PF5)，同時(shí)其易水解，遇到痕量的水便會(huì)水解生成對(duì)人體骨骼有極強(qiáng)腐蝕作用的氟化氫 (HF)和難以降解的三氟氧磷（POF3)。已有的專利在破碎分選過(guò)程中往往只針對(duì)鈷、銅、鋁 等金屬進(jìn)行回收，沒(méi)有涉及電解液的處理，而廢舊鋰離子電池結(jié)構(gòu)緊密，簡(jiǎn)單的浸泡也不容 易將六氟磷酸鋰完全溶解到溶液中，電解液若得不到合理的處理，對(duì)環(huán)境和人體會(huì)造成極 大危害。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)廢舊鋰離子電池中電解液進(jìn)行回收再利用的研宄較少，中國(guó)專 利CN104143667A報(bào)道了一種廢舊鋰離子電池電解液的方法及裝置，通過(guò)在真空箱內(nèi)設(shè)置 可傾斜放置鋰離子電池的支承架及在支承架下方設(shè)置電解液收集裝置，采用抽真空-擠 壓工序收集電解液。CN103825065A報(bào)道了一種廢舊鋰離子電池電解液回收處理方法，通 過(guò)在手套箱采用低溫冷凍法來(lái)使電解液成為固態(tài)，再通過(guò)加熱蒸餾對(duì)電解液進(jìn)行回收。 CN102496752A報(bào)道了另外一種回收廢舊鋰離子電池電解液的方法，將收集的鋰離子電池清 潔干凈，放電后放入干燥間或惰性氣體保護(hù)的手套箱中。把鋰離子電池打開(kāi)，將電解液小心 取出放入料罐中，高真空減壓精餾分離得到電解液所含有機(jī)溶劑，精餾純化后回收。將六氟 磷酸鋰粗品放入溶解釜中，加入氟化氫溶液溶解回收的六氟磷酸鋰。這些方法普遍存在著 對(duì)設(shè)備要求高，能耗高、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)一種對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求不高、工藝設(shè)備和 流程易實(shí)現(xiàn)的能有效對(duì)廢舊鋰離子電池電解液進(jìn)行資源化利用和無(wú)害化處理的方法是很 有必要的。本發(fā)明人對(duì)此做進(jìn)一步研宄，研發(fā)出一種廢舊鋰離子電池電解液資源化利用和 無(wú)害化處理方法及裝置，本案由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種廢舊鋰離子電池電解液資源化利用和 無(wú)害化處理方法，有效解決當(dāng)前對(duì)六氟磷酸鋰的提取過(guò)程需要采用真空密閉、低溫冷凍、高 壓等技術(shù)瓶頸，后續(xù)回收工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，并且在整個(gè)回收過(guò)程中不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污 染，優(yōu)化了資源配置，促使資源的二次利用，節(jié)省了能源。
[0005] 本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題在于提供一種廢舊鋰離子電池電解液資源化利 用和無(wú)害化處理裝置，能夠快速有效的進(jìn)行回收，節(jié)約成本。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0007] 一種廢舊鋰離子電池電解液資源化利用和無(wú)害化處理方法，
[0008] 步驟一：將廢舊鋰離子電池進(jìn)行充分放電，用機(jī)械的方法剝?nèi)ル姵劁摎?，留取電?進(jìn)行回收；
[0009] 步驟二：將盛有溶劑的反應(yīng)池放于磁力加熱攪拌器上進(jìn)行水浴加熱，水浴的溫度 控制在50°C~90°C;
[0010] 步驟三：將電芯投入到盛有溶劑的反應(yīng)池中，電芯浸漬于溶劑中；
[0011] 步驟四：向反應(yīng)溶液中滴加少量的水，來(lái)加速六氟磷酸鋰的分解，同時(shí)，在該反應(yīng) 池中加入磷酸鋰，反應(yīng)過(guò)程控制攪拌速度為200~800r/min，使反應(yīng)生成的三氟氧磷與磷 酸鋰進(jìn)一步反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為0. 5~6小時(shí)，生成含有二氟磷酸鋰（LiPO2F2)的溶液，在反應(yīng) 過(guò)程中，通過(guò)向反應(yīng)池的進(jìn)氣口通入惰性氣體來(lái)推動(dòng)反應(yīng)過(guò)程中生成的氟化氫氣體，通過(guò) 反應(yīng)池另一邊連接吸收裝置的出氣口吸收被排出的氟化氫，過(guò)程產(chǎn)物氟化鋰通過(guò)過(guò)濾進(jìn)行 回收。
[0012] 進(jìn)一步，在步驟三中，所述溶劑為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、乙酸乙酯、乙腈、乙二 醇二乙醚、丙酮、內(nèi)酯或吡咯烷中的一種或者其中幾種混合溶液。
[0013] 進(jìn)一步，在步驟四中，所述吸收液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、碳酸氫鈉、碳 酸氫鉀的一種或者其中幾種的混合溶液。
[0014] 進(jìn)一步，在步驟四中，惰性氣體為氦氣、氬氣或者氮?dú)庖环N。
[0015] 進(jìn)一步，還包括步驟五：將步驟四中產(chǎn)生的含有二氟磷酸鋰的溶液進(jìn)行加熱蒸餾， 獲得固態(tài)二氟磷酸鋰。
[0016] 一種廢舊鋰離子電池電解液資源化利用和無(wú)害化處理裝置，包括反應(yīng)池、磁力加 熱攪拌器、惰性氣體罐、水浴鍋、吸收裝、橡膠隔熱手套、進(jìn)氣導(dǎo)管和出氣導(dǎo)管；盛有溶劑的 反應(yīng)池具有投料口、進(jìn)氣口和出氣口，進(jìn)氣口通過(guò)進(jìn)氣導(dǎo)管與惰性氣體罐連接，出氣口通過(guò) 出氣導(dǎo)管與吸收裝置連接，橡膠隔熱手套安裝在反應(yīng)池中，反應(yīng)池放置于水浴鍋中，水浴鍋 位于磁力加熱攪拌器上。
[0017] 進(jìn)一步，反應(yīng)池具有兩個(gè)進(jìn)氣口，分別是上進(jìn)氣口和下進(jìn)氣口，上進(jìn)氣口和下進(jìn)氣 口分別連接惰性氣體罐。
[0018] 進(jìn)一步，橡膠隔熱手套位于反應(yīng)池溶劑上方。
[0019] 本發(fā)明的技術(shù)原理如下：鋰離子電池電解液是由導(dǎo)電鋰鹽六氟磷酸鋰和以有機(jī)溶 劑為基礎(chǔ)溶劑組成的混合溶劑。其中，由于六氟磷酸鋰與痕量的水接觸極易發(fā)生如下化學(xué) 反應(yīng)對(duì)人體骨骼有極強(qiáng)腐蝕作用的氟化氫（HF)和難以降解的三氟氧磷（POF3),在加熱條件 下反應(yīng)加速。
[0020]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種廢舊鋰離子電池電解液資源化利用和無(wú)害化處理方法，其特征在于： 步驟一：將廢舊鋰離子電池進(jìn)行充分放電，用機(jī)械的方法剝?nèi)ル姵劁摎ぃ羧‰娦具M(jìn)行 回收； 步驟二：將盛有溶劑的反應(yīng)池放于磁力加熱攪拌器上進(jìn)行水浴加熱，水浴的溫度控制 在 50°C~90°C ; 步驟三：將電芯投入到盛有溶劑的反應(yīng)池中，電芯浸漬于溶劑中； 步驟四：向反應(yīng)溶液中滴加少量的水，來(lái)加速六氟磷酸鋰的分解，同時(shí)，在該反應(yīng)池中 加入磷酸鋰，反應(yīng)過(guò)程控制攪拌速度為200~800r/min，使反應(yīng)生成的三氟氧磷與磷酸鋰 進(jìn)一步反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為0. 5~6小時(shí)，生成含有二氟磷酸鋰的溶液，在反應(yīng)過(guò)程中，通過(guò)向 反應(yīng)池的進(jìn)氣口通入惰性氣體來(lái)推動(dòng)反應(yīng)過(guò)程中生成的氟化氫氣體，通過(guò)反應(yīng)池另一邊連 接吸收裝置的出氣口吸收被排出的氟化氫，過(guò)程產(chǎn)物氟化鋰通過(guò)過(guò)濾進(jìn)行回收。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢舊鋰離子電池電解液資源化利用和無(wú)害化處理方法， 其特征在于：在步驟三中，所述溶劑為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、乙酸乙酯、乙腈、乙二醇二 乙醚、丙酮、內(nèi)酯或吡咯烷中的一種或者其中幾種混合溶液。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢舊鋰離子電池電解液資源化利用和無(wú)害化處理方法， 其特征在于：在步驟四中，所述吸收液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、碳酸氫鈉、碳酸氫 鉀的一種或者其中幾種的混合溶液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢舊鋰離子電池電解液資源化利用和無(wú)害化處理方法， 其特征在于：在步驟四中，惰性氣體為氦氣、氬氣或者氮?dú)庖环N。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種廢舊鋰離子電池電解液資源化利用和無(wú)害化處理方法， 其特征在于：還包括步驟五：將步驟四中產(chǎn)生的含有二氟磷酸鋰的溶液進(jìn)行加熱蒸餾，獲 得固態(tài)二氟磷酸鋰。
6. -種廢舊鋰離子電池電解液資源化利用和無(wú)害化處理裝置，其特征在于：包括反應(yīng) 池、磁力加熱攪拌器、惰性氣體罐、水浴鍋、吸收裝、橡膠隔熱手套、進(jìn)氣導(dǎo)管和出氣導(dǎo)管；盛 有溶劑的反應(yīng)池具有投料口、進(jìn)氣口和出氣口，進(jìn)氣口通過(guò)進(jìn)氣導(dǎo)管與惰性氣體罐連接，出 氣口通過(guò)出氣導(dǎo)管與吸收裝置連接，橡膠隔熱手套安裝在反應(yīng)池中，反應(yīng)池放置于水浴鍋 中，水浴鍋位于磁力加熱攪拌器上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種廢舊鋰離子電池電解液資源化利用和無(wú)害化處理裝置， 其特征在于：反應(yīng)池具有兩個(gè)進(jìn)氣口，分別是上進(jìn)氣口和下進(jìn)氣口，上進(jìn)氣口和下進(jìn)氣口分 別連接惰性氣體罐。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種廢舊鋰離子電池電解液資源化利用和無(wú)害化處理裝置， 其特征在于：橡膠隔熱手套位于反應(yīng)池溶劑上方。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種廢舊鋰離子電池電解液資源化利用和無(wú)害化處理方法及裝置，步驟一：將廢舊鋰離子電池充分放電，留取電芯；步驟二：將盛有溶劑的反應(yīng)池放于磁力加熱攪拌器上進(jìn)行水浴加熱，溫度在50℃～90℃；步驟三：電芯浸漬于溶劑中；步驟四：向反應(yīng)溶液滴加少量的水，同時(shí)加入磷酸鋰，反應(yīng)過(guò)程控制攪拌速度為200～800r/min，反應(yīng)時(shí)間為0.5～6小時(shí)，生成含有二氟磷酸鋰的溶液，向反應(yīng)池通入惰性氣體來(lái)推動(dòng)反應(yīng)過(guò)程中生成的氟化氫氣體，通過(guò)吸收裝置吸收被排出的氟化氫，過(guò)程產(chǎn)物氟化鋰通過(guò)過(guò)濾進(jìn)行回收。本發(fā)明有效地實(shí)現(xiàn)了電解質(zhì)鹽、有機(jī)溶劑資源的回收利用，優(yōu)化了資源配置，促使資源的二次利用，節(jié)省了能源。
【IPC分類】H01M10-54
【公開(kāi)號(hào)】CN104852102
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510284576
【發(fā)明人】程前, 林美端, 鄭雅琴, 嚴(yán)濱, 徐蘇
【申請(qǐng)人】廈門理工學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年5月26日