專利名稱：手機用鋰離子電池資源回收方法
技術領域：
本發(fā)明涉及固體電池的資源回收技術領域。
背景技術：
在固體廢棄物中，廢舊手機專用鋰離子電池屬于比較特殊的一類，其特殊性主要 表現(xiàn)在(1)量大且增加速度迅猛；(2)回收價值較高；(3)潛在的環(huán)境危害尚未得到國民 充分認識。據(jù)國家工業(yè)和信息化部統(tǒng)計，截至2008年底，我國手機用戶已約達6. 4億。手機 專用鋰離子電池的有效壽命約為2 3年，按每個手機平均配備兩塊電池計算，每年我國至 少產(chǎn)生約4億塊廢舊手機專用鋰離子電池，超過6000噸，報廢量還在逐年大幅度提高。鋰離 子電池中含有鈷鋰氧化物、六氟磷酸鋰、有機碳酸酯、碳素材料、銅、鋁等化學物質，其中金 屬鈷約占15%，銅14%，鋁30%，鋰0.1%。鈷和鋰屬稀缺資源，極具回收價值。另一方面， 若對如此大量的固體電子廢物不能進行有效處置，必然造成嚴重的環(huán)境污染。其中，普遍使 用的正極材料鈷酸鋰可引起人體皮膚過敏和肺部疾病，燃燒處理還會產(chǎn)生有毒氣體。六氟 磷酸鋰具有強腐蝕性，遇水容易發(fā)生分解產(chǎn)生對人體骨骼有極強腐蝕作用的HF ；還易與強 氧化劑發(fā)生反應；燃燒產(chǎn)生P2O5和難降解的有機物。有機碳酸酯有揮發(fā)性，易燃，致人不適 感。所以，廢舊手機鋰離子電池若不能得到合理處置，不僅僅造成資源的巨大浪費，還對環(huán) 境造成嚴重污染，并對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害。針對廢舊手機鋰離子電池，目前國內(nèi)外主要采用的是火法冶金法和物理分選_化 學浸出法相配合的工藝方法。國外文獻((a)Kudo Mitsuhiko, Shimizu Sei. Deactivating method of used lithium cobalt secondary battery and cobalt recovering method from used lithium-cobalt secondary battery using the method[P]. JP, 10223264. 1998-08-21 ； (b)Watanabe Tsutomu,Sugiya Tadashi,Sano Natsuhiro. Extract and recovering method for valuable metal from waste lithium battery[P]. JP, 10237419. 1998-09-08.)報道比較典型的處理流程依次是電池機械破碎(有的以放電方 式)、磁選和/或重力篩選金屬、硫酸和過氧化氫除銅鋁等雜質、萃取或電解回收鈷、回收 鋰。OnTo Technology總裁史蒂文· E ·斯魯普采用“超臨界流體從能量存儲和/或轉換器 件中除去電解質的系統(tǒng)和方法”，工藝流程是人工篩選并剔除另類電池、小蘇打水浸泡放 電、超臨界萃取釋放出電解質、破碎機及攪洗機破碎、收集塑料、收集金屬屑(鋼、鋁、銅、金 等)、收集電極物質粉末。該工藝的核心環(huán)節(jié)是采超臨界萃取方法萃取電池中含電解質六氟 磷酸鋰的有機電解液，目的是保證安全并無泄漏地使電解液盡可能多的得到回收，以避免 后續(xù)工序中對其他材料的回收造成障礙，減少所回收材料中的有害成分。其他技術環(huán)節(jié)與 國內(nèi)外現(xiàn)有工藝大體相同。所報道的處理工藝大多集中在金屬鈷和鋰的回收，未考慮電池 資源的綜合回收。同時，工藝中通常對電池進行整體破碎，此操作使電池中各組分的分離難 度大大加大，也相應增加了設備投資成本。國內(nèi)對廢舊鋰離子電池的處理方法與國外工藝大同小異，一般先將電池焚燒(或 焙燒)，除去有機物；篩分得到各類金屬；再將篩下的粉末溶于酸中，調(diào)節(jié)PH凈化除雜，用沉淀法、萃取法、電解法分離回收鈷和鋰。工藝中未考慮電池殘余電量對處理過程中可能帶來 的潛在危險，也未考慮電池中的電解液在處理中產(chǎn)生的環(huán)境和安全危害等問題。同時，資源 的綜合利用程度較低，二次環(huán)境污染較大。廢舊手機鋰離子電池是一個由多種材料構成的精細組合體，體積小巧，本發(fā)明申 請以不產(chǎn)生或避免產(chǎn)生二次環(huán)境污染、保證安全生產(chǎn)為前提，采用機械切割電池外殼，分 揀鋁箔、銅芯、電池外殼等不同組件，再采用超聲波分別剝離鋁箔和銅芯上的正負極活性物 質，直接得到純的鋁箔、銅箔和電池外殼金屬及相對單一的正、負極活性物質。選用活性碳 有機廢氣吸附設備吸收電池手工拆解過程中所釋放出的揮發(fā)性含六氟磷酸鋰的電解質電 解液，用蒸溜法恢復活性碳吸附功能及回收含六氟磷酸鋰電解質電解液；再采用濕法冶金 方法分別回收正、負極活性物質中的金屬鈷和鋰。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是為了解決目前國內(nèi)外所廣泛采用的電池整體破碎而引起的潛在 安全隱患及隨之導致的電池各組分分離難度加大的問題，提供一種手機用鋰離子電池資源 回收方法。采用本發(fā)明的方法，不僅解決了電池整體破碎所引起的安全隱患和電池組分分 揀難度加大的問題，同時也避免了目前普遍采用的火法冶金法所造成的高能耗和二次環(huán)境 污染的問題，安全可靠、操作簡單、投資成本低，實現(xiàn)了廢舊手機鋰離子電池資源的綜合回 收。為達上述目的，本發(fā)明采取的技術方案如下一種手機用鋰離子電池資源回收方法，該方法包含以下步驟1)電池滅菌消毒； 2)電池排序整理；3)電池余電放電；4)電池外殼切割；5)電池拆解和組件分揀；6)電極活 性材料剝離；7)有機電解液的吸收。因來自不同渠道的原料廢舊手機專用鋰離子電池可能攜帶有各種細菌或病毒，所 以，首先要對其進行滅菌、消毒。本發(fā)明申請優(yōu)選采用氣體強制循環(huán)對流的臭氧消毒箱對廢 舊手機專用鋰離子電池進行滅菌、消毒和除臭。步驟3)是對電池的余電進行放電，優(yōu)選的方案是將消毒后的電池放入電阻放電 箱內(nèi)釋放殘余電能。放電箱電池固定結構可調(diào)，以適應不同的電池。該方法安全可靠，既方 便了機械法拆解，又保持了電池內(nèi)各有用材料的回收質量。更優(yōu)選的方案是，在電池放入電 阻放電箱前除去電池的線路板和塑料底蓋，從而使得電池露出正負極便于電池的放電。步驟5)對電池進行拆解和組件分揀，分別收集包括金屬外殼、鋁箔、銅箔等可回 收利用的組件。步驟6)對上述步驟5所收集的銅箔通過超聲波進行超聲剝離，以剝離銅箔上涂覆 的電極活性材料；對所收集的鋁箔采用合適的有機溶劑浸泡，以分離鋁箔上涂覆的電極活 性材料。使用的有機溶劑只要能分離出鋁箔上涂覆的電極活性材料即可，優(yōu)選N-甲基吡咯 烷酮。剝離了電極活性材料后的鋁箔和銅箔再用水清洗，可直接得到純的鋁箔和銅箔。剝 離下來的正、負電極活性材料呈黑色粉末狀，大部分沉淀在容器的底部，收集后洗凈、分離、 烘干，最后通過本領域常用的濕法冶金方法分別回收金屬鈷和鋰，從而實現(xiàn)對廢舊手機專 用鋰離子電池中所有資源的綜合回收。超聲波發(fā)生器優(yōu)選1800W、側位超聲頭的超聲波發(fā)生
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步驟7)是將揮發(fā)性有機電解液吸收。為保持工作環(huán)境無毒清潔，電池外殼切割和 電池拆解均在安裝有排風系統(tǒng)的通風櫥內(nèi)進行，電池切割和拆解過程中所釋放出的乙烯碳 酸脂類揮發(fā)性有機電解液通過排風管道排入活性炭吸收箱進行吸收。上述的手機用鋰離子電池資源回收方法，較佳的方案是在步驟3)的電池余電放 電前還進行紫外線消毒。最佳的方案是在網(wǎng)狀不銹鋼輸送帶的上下雙層配置紫外線燈管， 保證電池的全面消毒，消毒時間可以通過調(diào)節(jié)電池的傳送帶的傳送速度來控制，一般控制 在 0. 1-0. 5m/min。上述的手機用鋰離子電池資源回收方法，較佳的方案是在步驟2)的電池排序整 理前按電池的大小規(guī)格進行分類，并挑出鼓包電池。本發(fā)明有益效果本發(fā)明所說的廢舊手機專用鋰離子電池資源綜合回收方法，與國內(nèi)外目前普遍包 含有“電池整體破碎”、“火法冶金法回收金屬”等流程的技術相比較(1)本方法因規(guī)避了“電池整體破碎”技術環(huán)節(jié)，從而規(guī)避了目前國內(nèi)外廣泛采 用的電池整體破碎所引起的安全隱患，同時極大地降低了由此導致的電池各組分分離的難 度；(2)本方法因規(guī)避了“火法冶金法回收金屬”技術環(huán)節(jié)，可直接得到純的金屬外殼、 鋁箔和銅箔，避免了由此造成的高能耗和二次環(huán)境污染的問題；(3)本發(fā)明方法采用活性炭吸附箱吸收含六氟磷酸鋰電解質的有機電解液，操作 簡單，與史蒂文· E ·斯魯普采用超臨界萃取設備處理電解質的方法(CN，ZL038020734)相 比較，設備投資成本小很多；(4)本發(fā)明方法各操作步驟簡單、安全可靠，實現(xiàn)了廢舊手機鋰離子電池資源的綜 合回收。
下面結合附圖1具體說明本發(fā)明方法的操作步驟圖1是本發(fā)明所說的手機專用鋰離子電池的資源回收方法的流程示意圖
具體實施例方式實施例1如圖1所示，本發(fā)明方法包含9個技術步驟電池滅菌消毒、電池分類、電池排序整 理、電池紫外線消毒、電池余電放電、電池外殼切割、電池拆解和組件分揀、電極活性材料剝 離、有機電解液吸收。(1)首先將不同來源的廢舊手機專用鋰離子電池原料運入封閉的臭氧滅菌室進行 滅菌、消毒，臭氧滅菌室內(nèi)使用氣體強制循環(huán)對流的臭氧消毒箱。處理時間根據(jù)所攜帶的細 菌或/和病毒的種類與攜帶量而定，一般需15-30min ；(2)將滅菌、消毒后的電池放在人工分揀臺上按電池的大小規(guī)格進行分類，并挑出 鼓包電池；(3)將同樣大小規(guī)格的電池，投入到排序機的料斗中，對雜亂無序的電池進行排序 整理，可以通過調(diào)節(jié)排序機的頻率按鈕來調(diào)節(jié)電池進入紫外線消毒線的速度，以便電池不會重疊；(4)排序完畢的電池直接進入紫外線消毒線，由于電池紫外線消毒線采用的是上 下雙層燈管，所以保證了電池的全面消毒，消毒時間通過調(diào)節(jié)網(wǎng)狀的傳送帶的傳送速度控 制在 0. 2m/min ；(5)紫外線消毒后，電池被直接送到拆解臺上進行拆解，主要是除去電池的線路板 和塑料底蓋，從而使得電池露出正負極便于電池的放電；拆解后的電池被放入電阻放電箱 中進行放電，3小時左右電池即可完成放電；(6)在安裝有通風罩的切割機上對電池的兩側和底端外殼進行定位切割，通風罩 聯(lián)接到通風管道上，以排出在電池外殼切割過程中揮發(fā)出來的揮發(fā)性有機電解液，通風管 道通往活性炭吸附箱吸收揮發(fā)性有機電解液；(7)將切開外殼的電池在通風罩內(nèi)的操作臺上進行手工拆解，分別收集包括金屬 外殼、鋁箔、銅箔等組件；(8)以蒸餾水為介質，通過超聲波發(fā)生器(1800W，側位超聲頭)產(chǎn)生的超聲波對所 收集的銅箔進行處理，以剝離鋁箔和銅箔上涂覆的不同電極活性材料；鋁箔上的電極活性 材料采用N-甲基吡咯烷酮溶劑浸泡分離，分別收集。剝離了電極活性材料后的鋁箔和銅箔 再用蒸餾水清洗，可直接得到純的鋁箔和銅箔。同法處理金屬外殼，可得到金屬外殼和塑料 類物質；(9)剝離下來的正、負電極活性材料呈黑色粉末狀，大部分沉淀在發(fā)生器的底部， 分別收集后用蒸餾水漂洗干凈，離心分離，烘干，送往濕法冶金回收工序分別回收金屬鈷和 鋰。
權利要求
一種手機用鋰離子電池資源回收方法，該方法包含以下步驟1)電池滅菌消毒；2)電池排序整理；3)電池余電放電；4)電池外殼切割；5)電池拆解和組件分揀；6)電極活性材料剝離；7)有機電解液的吸收。
2.如權利要求1所述的手機用鋰離子電池資源回收方法，其特征在于步驟1)采用氣 體強制循環(huán)對流的臭氧消毒箱對廢舊手機用鋰離子電池進行滅菌、消毒。
3.如權利要求1所述的手機用鋰離子電池資源回收方法，其特征在于在步驟2)的電 池排序整理前對電池的大小規(guī)格進行分類，并挑出鼓包電池。
4.如權利要求1所述的手機用鋰離子電池資源回收方法，其特征在于步驟3)是將電 池放入電阻放電箱內(nèi)釋放殘余電能。
5.如權利要求4所述的手機用鋰離子電池資源回收方法，其特征在于在電池放入電 阻放電箱之前除去電池的線路板和塑料底蓋。
6.如權利要求1所述的手機用鋰離子電池資源回收方法，其特征在于步驟5)對電池 進行拆解后收集金屬外殼、鋁箔、銅箔和塑料薄膜。
7.如權利要求1所述的手機用鋰離子電池資源回收方法，其特征在于步驟6)對步驟 5)所收集的銅箔通過超聲波進行電極材料剝離；對所收集的鋁箔采用合適的有機溶劑浸 泡，以剝離出鋁箔上涂覆的電極活性材料。
8.如權利要求7所述的手機用鋰離子電池資源回收方法，其特征在于所說的有機溶 劑為N-甲基吡咯烷酮。
9.如權利要求7所述的手機用鋰離子電池資源回收方法，其特征在于超聲波發(fā)生器 為1800W、側位超聲頭的超聲波發(fā)生器。
10.如權利要求7所述的手機用鋰離子電池資源回收方法，其特征在于剝離下來的 正、負電極活性材料收集后洗凈、分離、烘干，最后通過濕法冶金方法分別回收金屬鈷和鋰。
11.如權利要求1所述的手機用鋰離子電池資源回收方法，其特征在于步驟7)是通 過排風管道將有機電解液揮發(fā)氣體排入活性炭吸收箱進行吸收，凈化后的氣體排出。
12.如權利要求1所述的手機用鋰離子電池資源回收方法，其特征在于在步驟3)前 對電池進行紫外線消毒。
13.如權利要求12所述的手機用鋰離子電池資源回收方法，其特征在于紫外線燈管 有上下兩層，電池通過紫外線的速度為0. 1-0. 5m/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及固體電池的資源回收技術領域。本發(fā)明所述的手機用鋰離子電池資源回收方法，該方法包含以下步驟1)電池滅菌消毒；2)電池排序整理；3)電池余電放電；4)電池外殼切割；5)電池拆解和組件分揀；6)電極活性材料剝離；7)有機電解液的吸收。采用本發(fā)明的方法，不僅解決了電池整體破碎所引起的安全隱患和電池組分分揀難度加大的問題，同時也避免了目前普遍采用的火法冶金法所造成的高能耗和二次環(huán)境污染的問題，安全可靠、操作簡單、投資成本低，實現(xiàn)了廢舊手機鋰離子電池資源的綜合回收。
文檔編號H01M10/54GK101984516SQ20101026322
公開日2011年3月9日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權日2010年8月19日
發(fā)明者何一鳴, 劉德仿, 劉德元, 劉湘路, 文成 申請人:江蘇銳畢利實業(yè)有限公司