一种废锂离子电池中铝箔溶解条件的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于固体废弃物的再资源化技术领域，具体涉及一种废锂离子电池中铝箱 溶解条件的方法。
【背景技术】
[0002] 手机作为消费类电子产品，其使用寿命一般在7-8年，而手机电池的使用寿命更 短，一般在3年左右。随着手机技术不断更新；性价比越来越高，人们更换手机的周期也变 得越来越短，这也导致了废锂离子电池的产量也愈来愈高。有关部门预测，由于手机市场目 前在我国正处于高速发展时期，导致我国每年要淘汰的旧手机达2000万部以上。作为第三 次科技革命下的高科技垃圾，废锂离子电池也给环境带来了巨大的压力。如果不对废锂离 子电池进行处理，它们进入环境后不仅给环境带来污染，而且危害人类健康，但是如果对废 锂离子电池进行科学回收，就可使之变成宝贵的资源。
[0003] 通常情况下，锂离子电池行业使用乳制铝箱作为锂离子电池正极集电体。乳制箱 厚度在10至50微米不等。常用的锂电池纯铝箱有1060、1145、1050、1235等。目前国内外 许多学者研究废旧电池的回收再利用，但是大多数都只是研究正极和负极材料回收，而很 少有铝箱回收的研究，本研究专注于废旧电池铝箱的回收再利用，很好的填补了国内外这 一空白。
[0004] NaAlO2在许多方面应用广泛，主要体现在：土木工程方面，可以与水玻璃混合用于 施工中的堵漏；造纸行业，可以与硫酸铝混合使用是一种良好的填充剂；水处理方面，可做 净水剂助剂，水泥速凝剂；同时还可应用在石油化工、橡胶、制药、印染、纺织、催化剂等生 产中。本研究目的在于利用单因素溶解条件和正交实验相结合，采用氢氧化钠溶解废锂离 子电池中的铝箱，优化铝箱最佳溶解条件，获得最大的NaAlO2产率。这样既使废锂离子电 池中铝箱得以回收利用，又具有较好的经济效益和社会效益。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的技术问题是提供一种废锂离子电池中铝箱溶解条件的方法，该方法 主要利用单因素溶解条件和正交实验相结合，采用氢氧化钠溶解废锂离子电池中的铝箱， 优化铝箱最佳溶解条件，获得最大的NaAlO2产率。
[0006] 本发明的技术方案为：一种废锂离子电池中铝箱溶解条件的方法，包括对氢氧化 钠浓度、固液比、反应温度、反应时间、转速5个因素进行分析。用电感耦合等离子发射光谱 仪检测溶液中铝的含量，从而计算出铝的溶解率。通过对正交试验的结果进行极差分析，得 到影响溶解过程的主要因素为氢氧化钠浓度和固液比；最终获得氢氧化钠溶解铝箱的最佳 适宜条件，其特征在于： (1)取废锂离子电池，手工拆分，分离出铝箱和正极材料。
[0007] (2)然后将正极材料和铝箱被放入NMP中超声3 min，过滤，过滤物即为锂离子电 池集电体铝箱。
[0008] (3)用一定浓度的氢氧化钠溶解铝箱，对氢氧化钠浓度、固液比、反应温度、反应时 间、转速5个因素进行单因素分析。用电感耦合等离子发射光谱仪检测溶液中铝的含量，从 而计算出不同条件影响下铝的溶解率。
[0009] (4)将转速作为次要影响因素，将氢氧化钠浓度（A)，反应温度（B)，反应时间（C)， 固液比（D)看作主要影响因素，采用L9 (34)正交表进行正交实验，优化铝箱最佳溶解条件。
[0010] 本发明利用氢氧化钠溶解废锂离子电池中的铝箱，获得最大的NaAlO2产率。在工 业生产中既节约制备NaAlO2的生产成本，又为废锂离子电池的再资源化处理提供了一种有 效的方法。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明中氢氧化钠浓度对铝溶解率的影响，图2是本发明中固液比对铝溶 解率的影响，图3是本发明中反应温度对铝溶解率的影响，图4是本发明中反应时间对铝溶 解率的影响，图5是本发明中转速对铝溶解率的影响。
【具体实施方式】
[0012] 以下结合实施例进一步描述本发明。应该指出，本发明并非局限于下述各实施例。
[0013] 实施例1 氢氧化钠浓度对铝溶解率的影响 氢氧化钠浓度对铝溶解率的影响见图1。由图可以看出铝的溶解率随着氢氧化钠浓度 的增加而变大，当氢氧化钠的浓度为I. 5 mol/L时，铝的溶解率最大，为96. 4%。随着氢氧化 钠浓度的增加，单位体积的氢氧化钠溶液所含的氢氧化钠也就越多，相应的能与铝箱反应 的氢氧化钠也就越多，所以随着氢氧化钠浓度的增加铝箱的溶解率相应的增加。
[0014] 实施例2 固液比对铝溶解率的影响 固液比对铝溶解率的影响见图2。由图可以看出在氢氧化钠浓度为1.5 mol/L时，铝溶 解率随着固液比的增大而变大，当固液比为0.03时，铝的溶解率为84. 1%。随后曲线出现一 个平台，所以用氢氧化钠溶解铝适宜的固液比为0.03。
[0015] 实施例3 反应温度对铝溶解率的影响 反应温度对铝溶解率的影响见图3。由图可以看出在氢氧化钠浓度为1.5 mol/L固液 比为0. 03时，铝的溶解率随着反应温度的升高也会相应的升高，当反应温度为50 °C时，铝 的溶解率为99. 6%，基本已经达到了 100%。随着温度的升高，氢氧化钠溶液的活性也会越来 越高，反应也会越来越剧烈，从而导致铝箱的溶解率也越来越高。
[0016] 实施例4 反应时间对铝溶解率的影响 反应时间对铝溶解率的影响见图4。由图可以看出在氢氧化钠浓度为I. 5 mol/L，固液 比为0. 03,反映温度为50 °C时，铝的溶解率随着反应时间的延长也会相应的增大，当反应 时间为15 min时，溶解率最大，为86%，再增加反应时间，铝箱溶解率趋于稳定。充足的反应 时间会使反应更彻底，铝箱的溶解率会越来越高。
[0017] 实施例5 转速对铝溶解率的影响 转速对铝溶解率的影响见图5。由图可以看出在氢氧化钠浓度为0.6 mol/L，固液比为 0. 03,反应温度为50 °C，反应时间为15 min时，当转速为10 r/s时，铝的溶解率为88. 5%， 之后趋于稳定。其主要原因是转速会影响铝箱与氢氧化钠溶液的接触从而影响铝箱的溶解 率。
[0018] 实施例6 正交实验结果 将转速看作次要因素，将氢氧化钠浓度（A)，反应温度（B)，反应时间（C)，固液比（D)看 作主要影响因素，采用L9 (34)正交表进行正交实验，结果见表1。
[0019] 表1 L9 (34)正交表进行正交实验
有表1可知影响铝溶解率的主要次序为D>C>B>A，通过正交设计实验，得到在实验范围 内的最佳条件为A1B2C2D2 :氢氧化钠浓度I mol/L，温度50 °C，时间15 min，固液比0. 05 g/ml〇
[0020] 以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该 了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原 理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入 本发明保护的范围内。
【主权项】
1. 一种废锂离子电池中铝箱溶解条件的方法，包括对氢氧化钠浓度、固液比、反应温 度、反应时间、转速5个因素进行分析。用电感耦合等离子发射光谱仪检测溶液中铝的含 量，从而计算出铝的溶解率。通过对正交试验的结果进行极差分析，得到影响溶解过程的主 要因素为氢氧化钠浓度和固液比；最终获得氢氧化钠溶解铝箱的最佳适宜条件，其特征在 于：（1)取废锂离子电池，手工拆分，分离出铝箱和正极材料。（2)然后将正极材料和铝箱被 放入NMP中超声3min，过滤，不溶物即为锂离子电池集电体铝箱。（3)用一定浓度的氢氧 化钠溶解铝箱，对氢氧化钠浓度、固液比、反应温度、反应时间、转速5个因素进行单因素分 析。用电感耦合等离子发射光谱仪检测溶液中铝的含量，从而计算出不同条件影响下铝的 溶解率。（4)将转速作为次要影响因素，将氢氧化钠浓度（A)，反应温度（B)，反应时间（C)， 固液比（D)看作主要影响因素，采用L9(34)正交表进行正交实验，优化铝箱最佳溶解条件。2. 根据权利要求1所述的一种废锂离子电池中铝箱溶解条件的方法，本发明利用单 因素溶解条件和正交实验相结合，用氢氧化钠溶解废锂离子电池中的铝箱，获得最大的 NaAlO2产率。在工业生产中既节约制备NaAlO2的生产成本，又为废锂离子电池的再资源化 处理提供了一种有效的方法。本研究专注研究废旧电池铝箱的回收再利用，很好的填补了 国内外的研究空白。
【专利摘要】本发明以废锂离子电池正极集电体铝箔为原料，通过氢氧化钠浓度、固液比、反应温度、反应时间、转速5个因素进行单因素溶解条件分析，并结合L9（34）正交实验设计，用电感耦合等离子发射光谱仪检测溶液中铝的含量，计算不同条件下铝的溶解率。通过对正交试验的结果进行极差分析，得到影响溶解过程的主要因素是为氢氧化钠浓度和固液比；最终优化氢氧化钠溶液溶解废锂离子电池铝箔的适宜条件为：氢氧化钠浓度1mol/L、温度50℃、时间15min、固液比0.05g/ml。该研究在铝箔有最佳溶解率前提下，获得最大的NaAlO2产率。在工业生产中既节约制备NaAlO2的生产成本，又为废锂离子电池的再资源化处理提供了一种有效的方法。
【IPC分类】H01M10/54
【公开号】CN105098277
【申请号】CN201510432257
【发明人】杨理, 牛红英, 苏晓, 王天喜, 乔梅英, 薛峰, 王新生
【申请人】河南科技学院
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年7月21日