废锂电池正极材料的分离富集技术.课件.ppt

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 锂电池结构及成分 2 分离富集方法研究 3 结果与讨论 4 CONTENTS 参考文献 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 破碎筛分法 2 高温分解法 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。 结果与讨论 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