一种锂离子电池正极材料的回收方法.pdf

本发明提供一种锂离子电池正极材料的回收方法，包括：1)在包括N-甲基吡咯烷酮和丙酮的混合溶剂中或者N-甲基吡咯烷酮中浸泡正极片；2)过筛；3)将过筛后浆料的固含量或黏度调整至适当的范围。本发明简单可行，可在电池厂家现有设备条件下进行。本发明方法未引入杂质，低耗，环保，保持了正极活性物质表面性质的稳定，在电池的循环性能等方面表现出了其优越性。另外本方法使用的有机溶剂可选用生产过程中配制浆料所用有机溶剂，不仅节约有利于环境保护。整个回收工艺流程可以在不加热条件下进行，保证了正极材料活性物质的稳定性。

1、  一种锂离子电池正极材料的回收方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)在包括N-甲基吡咯烷酮和丙酮的混合溶剂中或者N-甲基吡咯烷酮中浸泡正极片；
2)过筛；
3)将过筛后浆料的固含量或黏度调整至适当的范围。

2、  根据权利要求1所述的一种锂离子电池正极材料的回收方法，其特征在于：步骤3)之后进行以下步骤a：将步骤3)所得浆料涂覆在铝箔或铝网集流体上制成正极片。

3、  根据权利要求1或2所述的一种锂离子电池正极材料的回收方法，其特征在于：步骤3)中将过筛后浆料的固含量调整至适当的范围的方法包括：向过筛后浆料中加入适量正极活性物质或高分子胶联结剂以将过筛后浆料的固含量调整至适当的范围，或者去除过筛后浆料中的部分溶剂以将浆料的固含量调整至适当的范围；步骤3)中将过筛后浆料的黏度调整至适当的范围的方法包括向过筛后浆料中加入适量高分子胶联结剂。

4、  根据权利要求3所述的一种锂离子电池正极材料的回收方法，其特征在于：步骤1)为：在包括N-甲基吡咯烷酮和丙酮的混合溶剂中或者N-甲基吡咯烷酮中浸泡正极片的同时进行搅拌。

5、  根据权利要求4所述的一种锂离子电池正极材料的回收方法，其特征在于：步骤1)之前进行以下步骤b：将正极片破碎。

6、  根据权利要求5所述的一种锂离子电池正极材料的回收方法，其特征在于：步骤1)中的浸泡过程在20℃-80℃进行。

7、  根据权利要求6所述的一种锂离子电池正极材料的回收方法，其特征在于：步骤b为：将正极片破碎至单片面积20cm²或20cm²以下。

8、  根据权利要求7所述的一种锂离子电池正极材料的回收方法，其特征在于：步骤2)的过筛过程采用100目-200目筛。

9、  根据权利要求8所述的一种锂离子电池正极材料的回收方法，其特征在于：步骤1)的浸泡时间为0.5h-6h。

一种锂离子电池正极材料的回收方法
【技术领域】
本发明涉及电池制造技术，尤其是一种简单高效的锂离子电池正极材料回收方法。
【背景技术】
锂离子电池正极材料，特别是LiCoO₂，随着近年来的开发利用增加而价格日益上涨。在锂离子电池生产过程中不可避免地会产生废极片和边角料，废极片和边角料上还残留有大量的正极活性材料。目前，电池生产厂家通常采用的废极片和边角料处理方法是以较低价格出售给材料回收单位，材料回收单位再采用碱浸、酸溶、煅烧等手段回收钴、氧化钴、钴酸锂等。采用碱浸、酸溶、煅烧等手段回收钴、氧化钴、钴酸锂等不仅易造成环境污染，而且工艺复杂、能耗加大。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种简单高效的锂离子电池正极材料回收方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种锂离子电池正极材料的回收方法，包括以下步骤：
1)在包括N-甲基吡咯烷酮和丙酮的混合溶剂中或者N-甲基吡咯烷酮中浸泡正极片；
2)过筛；
3)将过筛后浆料的固含量或黏度调整至适当的范围。
在正极极片上，正极活性物质是通过粘接剂黏附在正极片的铝箔或铝网集流体表面的。采用本发明方法，在步骤1)中粘接剂被包括N-甲基吡咯烷酮和丙酮的混合溶剂中或者N-甲基吡咯烷酮溶解，正极活性物质可以从铝箔或铝网集流体表面脱离；在步骤2)中通过过筛可以除去铝箔或铝网，以及少数极片上残留的极耳、高温胶等杂质；在步骤3)中可以使浆料的固含量或黏度满足生产过程中浆料涂布的工艺要求，调整浆料的固含量或黏度时，可先测定过筛后浆料的固含量或黏度、再与相关工艺要求比对，然后对浆料的固含量或黏度进行调整。经本发明方法处理得到的浆料中含有正极材料、导电剂、部分高分子胶以及溶剂，没有引入其他杂质。步骤1)中的正极片包括正极片的废片、残片或边角料。
作为本发明的改进，步骤3)之后还可以进行以下步骤a：将步骤3)所得浆料涂覆在铝箔或铝网集流体上制成正极片。这样得到的正极片可以直接用以制作电池的电芯。
步骤3)中将过筛后浆料的固含量调整至适当的范围的方法包括：向过筛后浆料中加入适量正极活性物质或高分子胶联结剂以将过筛后浆料的固含量调整至适当的范围，或者去除过筛后浆料中的部分溶剂以将浆料的固含量调整至适当的范围；步骤3)中将过筛后浆料的黏度调整至适当的范围的方法包括向过筛后浆料中加入适量高分子胶联结剂。常用的高分子胶联结剂为PVDF。
作为本发明进一步的改进，步骤1)为：在包括N-甲基吡咯烷酮和丙酮的混合溶剂中或者N-甲基吡咯烷酮中浸泡正极片的同时进行搅拌。在搅拌作用下，碎片之间摩擦、碰撞可以产生较强的剪切作用，更有利于活性物质的剥离。搅拌的机械能部分转化为热能，同时高分子胶的溶解过程也会释放热量，这两方面的热量结合可以使该固液混合体系温度上升，从而更有利于高分子胶的溶解，进而有利于正极材料活性物质的剥离。
为使步骤1)的浸泡效率更高，可在步骤1)之前进行以下步骤b：将正极片破碎。可以将正极片破碎至单片面积20cm²或20cm²以下。
为了促进正极材料活性物质的剥离，步骤1)中的浸泡过程可在20℃-80℃进行。为保持温度条件，可以给包括N-甲基吡咯烷酮和丙酮的混合溶剂中或者N-甲基吡咯烷酮加热；如果搅拌和高分子胶的溶解过程两方面的热量足以使体系的温度条件得到保证，则不用另外加热，节省能源消耗。
在步骤2)的过筛过程中可以采用100目-200目筛。
步骤1)的浸泡时间可以为0.5h-6h。
采用本发明方法回收得到的正极材料也可以与正极材料的新料一起混合使用。
本发明的有益效果是：本方法简单可行，可以在电池制造厂家现有设备条件下进行操作。不需要采取碱浸、酸溶、煅烧等步骤，有效降低能耗。本发明方法中未引入正极浆料组分之外的其它杂质，采用有机溶剂溶解高分子胶的方法使活性物质与集流体脱离，避免使用高温煅烧，保持了正极活性物质表面性质的稳定，在电池的循环性能等方面表现出了其优越性。另外本方法使用的有机溶剂可选用生产过程中配制浆料所用有机溶剂，不仅节约有利于环境保护。整个回收工艺流程可以在不加热条件下进行，保证了正极材料活性物质的稳定性。采用本发明方法回收的正极材料活性物质制成的电池性能良好。
【附图说明】
下面通过具体实施方式并结合附图，对本发明作进一步的详细说明：
图1是实施例1采用本发明方法回收的正极材料配制的浆料粒径分布谱线图；
图2是实施例2采用本发明方法回收的正极材料制作电池的循环性能曲线。
【具体实施方式】
实施例1
取以铝箔为基体的正极片边角料3kg，进行机械破碎后，在3L的N-甲基吡咯烷酮中20℃下浸泡，同时进行机械搅拌，使得正极活性物质LiCoO₂、粘结剂和导电剂从铝箔基体上分离下来，搅拌可采用配料用打蛋机或搅拌机进行。浸泡、搅拌0.5小时后，将固液混合体系过100目筛，以除去少数极片上残留的极耳、高温胶等杂质，得到悬浮液5.76kg。再在悬浮液中加入同种类型的LiCoO₂粉料1.21Kg，调节固含量为70％左右，加入PVDF，调节黏度5000mpa·s左右。对配成的浆料取样，经过超声分散及搅拌，然后进行粒度分析，可发现浆料中的粒度分散均匀，适于进行涂布作业。粒度分析得到的粒径分布如图1所示，d(0，1)＝4.449μm，d(0，5)＝10.636μm，d(0，1)＝29.166μm。
实施例2
取以铝箔为基体的正极片边角料12kg，进行机械破碎后，取6kg在12L的N-甲基吡咯烷酮与丙酮的混合溶剂中80℃下浸泡并进行机械搅拌，搅拌可采用配料用打蛋机或搅拌机进行；搅拌半小时后，用筛网捞出废铝箔；然后将剩余6kg的碎片投入该N-甲基吡咯烷酮溶液再进行搅拌1小时，用筛网捞出废铝箔；总的浸泡时间为6小时。将固液混合体系过200目筛，以除去少数极片上残留的极耳、高温胶等杂质，得到悬浮液22.8kg。利用精密微孔管对悬浮液进行负压抽滤，除去N-甲基吡咯烷酮溶液约5L。加入70g导电剂，加入PVDF，调节黏度至5000mPa·s。高速搅拌均匀，得到回收再生的正极浆料。将回收的回收再生的正极浆料进行涂布，得到正极极片；以石墨为负极物质，涂布在铜箔上制成负极片；组装成型号为303443P-380mAh的二次锂离子样品电池。对100只样品电池进行测试，测试显示正极材料质量能量密度的平均值可达到140mAh/g；正极活性物质循环性能良好，常温状态下的1C充放电循环保持率(平均值)见图2。
实施例3
本实施例与实施例2的区别为：浸泡温度为50℃；总的浸泡时间为2小时；浸泡、搅拌后将固液混合体系过筛所用筛网为150目。
将本实施例得到的正极浆料参照实施例2制作正极极片，以及负极极片，组装成型号为303443P-380mAh的二次锂离子样品电池。对100只样品电池进行测试，正极活性物质循环性能良好，常温状态下的1C充放电循环保持率(平均值)见表1。
表一1C充放电循环保持率