廢鋰電池正極材料的分離富集技術(shù)ppt

1、廢鋰電池正極材料的分離富集技術(shù)研究031114班馬占清目錄研究背景及現(xiàn)狀鋰電池結(jié)構(gòu)及成分分離富集方法研究結(jié)果與討論CONTENTS參考文獻(xiàn)研究背景 鋰電池自1992年問世以來由于其體積小比能量高無記憶效應(yīng)無污染使用壽命長等顯著優(yōu)點在許多場合代替了有線電源及燃料電源并被廣泛運用于手機計算機存儲器掌上電腦、 安全報警器、衛(wèi)星等民用及軍事領(lǐng)域為現(xiàn)代電子 無線通訊產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展提供了可靠的動力保障。 現(xiàn)狀 廢鋰電池中含有大量有價金屬其中鈷5%20% 鋰為5%7% 鎳為5%10%，對這些有價金屬進(jìn)行合理回收不僅能夠緩解我國目前資源短缺的現(xiàn)狀具有極大的經(jīng)濟(jì)效益 而且同時還能夠變廢為寶具有顯著的社會環(huán)境效益

2、。 隨著鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大我國鋰電池的年產(chǎn)量也在不斷增長僅2011年全國鋰電池產(chǎn)量即達(dá)29.66億只同比增長18.22% 目前我國已成為鋰電池生產(chǎn)消費和出口大國每年所報廢的舊電池也在隨之增長 這些廢舊電池如處理處置不當(dāng)將會帶來各種環(huán)境污染。鋰電池結(jié)構(gòu)及成分 鋰電池主要是由正負(fù)極、隔離膜、電解液、外殼等幾部分組成其中正極材料在電池的結(jié)構(gòu)中占據(jù)著重要地位。目前在商業(yè)化的鋰電池中最為廣泛使用的正極材料是由88%的活性材料 LiCoO2 與8%的乙炔黑導(dǎo)電劑通過4%的聚偏氟乙烯PVDF粘結(jié)劑均勻涂抹在作為集流體的鋁箔兩面組成的。實驗原料 實驗所用原料是從某品牌筆記本電腦中拆解出的鋰電池組，通過手工拆

3、殼電池芯粉碎所得使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀ICP 測得正極材料主要成分組成見下表分離富集方法有機溶劑溶解法破碎篩分法高溫分解法有機溶劑溶解法考慮到溶解效果與成本因素實際生產(chǎn)中應(yīng)以二甲基甲酰胺（DMF)為鋰電池正極活性材料與鋁箔溶解分離的溶劑，操作溫度以60 為宜使用DMF在60 下溶解2 h后得到的懸濁液經(jīng)過干燥后的正極活性物質(zhì)黑渣的成分見下表3 由于鋰電池正極材料與集流體鋁箔間是通過粘結(jié)劑PVDF連接 因此如通過合適的溶劑對PVDF進(jìn)行溶解便可實現(xiàn)正極材料與集流體鋁箔的高效分離。 一般實驗選取二甲基甲酰胺（DMF） 二甲基乙酰胺（DMAC）以及在鋰電池生產(chǎn)中常使用的有機溶劑N-甲基吡咯烷

4、酮（NMP）為溶劑。 由上表3可知采用二甲基甲酰胺（DMF）為溶解劑在60時能基本實現(xiàn)廢鋰電池正極活性材料與鋁箔的完全分離。破碎篩分法不同破碎時間下正極材料分離富集效見果表 鋰電池正極是粉末狀活性材料鈷酸鋰與乙炔黑導(dǎo)電劑通過PVDF粘結(jié)劑粘貼在鋁箔上而成的?？梢酝ㄟ^破碎過程中的機械撞擊將粉末狀活性材料從鋁箔上剝離并通過顆粒間的形狀與尺寸差實現(xiàn)鈷酸鋰粉末與鋁箔的篩分分離。 本實驗將鋰電池正極利用高速萬能粉碎機進(jìn)行粉碎，控制時間分別為 1min、2min、3min、5min與10min并利用泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩對破碎后的解離物料進(jìn)行篩分測定不同粒度范圍內(nèi)鈷鋁等元素含量分析不同時間的破碎效果以及破碎篩分規(guī)律。

5、破碎篩分法 不同破碎時間不同粒徑的Co/AL 值 為對比不同破碎時間下的分離富集效果需要確定一個衡量標(biāo)準(zhǔn) 。由于 AL含量在一定區(qū)間相對穩(wěn)定，本研究以Co/AL鈷鋁含量比值 來反應(yīng)鈷酸鋰材料與鋁箔的分離效果通過實驗發(fā)現(xiàn) Co/AL值越高分離效果越好。 破碎時間對某一特定粒徑范圍內(nèi)Co、AL含量比值影響甚小 ?？紤]到物料粒徑分布綜合能耗經(jīng)濟(jì)性等因素選取破碎10min，60-120目粉碎料的 Co/AL值 作為本方法的破碎處理效果與其他方法進(jìn)行對比。高溫分解法 高溫分解后的黑粉成分見下表9 其中鈷酸鋰的回收率高達(dá)99%以上對應(yīng)的Co/Al值為99.4 基于粘結(jié)鋰電池正極材料的鋁箔與鈷酸鋰和乙炔黑導(dǎo)

6、電劑的聚偏氟乙烯粘結(jié)劑的物化性質(zhì)可通過對其加熱分解以實現(xiàn)金屬鋁箔與鈷酸鋰和乙炔黑導(dǎo)電劑間的分離富集。 將廢鋰電池正極剪切為1-3CM 見方的小片使用高溫爐于500 加熱 4h待有機粘結(jié)劑受熱分解后通過振動篩分設(shè)備即可實現(xiàn)對電池正極鋁箔與鈷酸鋰和乙炔黑導(dǎo)電劑間的高效分離富集。結(jié)果與討論u 綜合以上3種分離方法可得出 采用有機溶劑DMF可有效分離鋰電池正極活性物質(zhì)鈷酸鋰及鋁箔 鈷酸鋰可進(jìn)一步精制鋁箔可直接回用但這種工藝僅限于處理量較小或備有蒸餾回收設(shè)備的工廠。 采用高溫分解工藝適用于投資規(guī)模較大有能力處理分解過程中產(chǎn)生廢氣的工廠該工藝還可利用高溫設(shè)備進(jìn)一步煅燒合成LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2正極材料。 破碎篩分法投資能耗較小但回收富集效果較差僅適用于對分離效果要求不高的工廠。參考文獻(xiàn)趙鵬飛、滿瑞林等.廢舊鋰離子電池回收工藝研究進(jìn)展J .電池工業(yè)2011 16 6 367-371李啊林、梁 勇、程琍琍等.從廢舊電池中回收鈷鎳的研究進(jìn)展J .中國有色冶金2008 3 57-60聶永豐.廢電池的環(huán)境問題及控制對策J .中國資源綜合利用2003 21 12 23-25諶谷春、唐新村王志敏等.廢舊鋰電池中鎳鈷錳的回收及正極材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的制備J .