用于从电化学电池单元中分离、偏析和回收成分材料的方法与流程

本文所述的各个实施例涉及一次和二次电化学电池单元、电极和电极材料、电解质、电解质组合物以及其制造、使用和再加工方法的领域。

背景技术：

1、移动装置的不断增加的数量和多样性、混合动力/电动汽车的发展以及物联网装置的发展正推动对具有改进的可靠性、容量(ah)、热特性、寿命和再充电性能的电池技术的更大需求。目前，锂固态电池技术在安全性、封装效率方面提供了潜在的提高，并且能够实现新的高能化学。随着固态电池技术的利用的增加，用于再利用和再循环成分材料的工艺变得越来越重要。

2、随着公众对可再充电电池的需求不断增加，电池的如锂、镍和钴等原材料的成本也在持续上升。维持成本的一种可能方式是通过对这些电池进行酸性或碱性消化来再循环包含在用过的电池内的材料，如美国专利第9,023,130号和日本专利第jp5577926号中所述。这种类型的电池再循环仅安全地用于含有液体电解质的可再充电电池，因为液体电解质可以与电池的固体组分分离，这提供了进入电池的含镍层和含钴层的途径。

3、然而，在固态电池中，特别是那些含有硫化物固态电解质的固态电池中，去除电解质材料可能是危险的并且更加复杂。在固态电池中，固态电解质材料可以以与含镍材料和含钴材料共混的细粉末的形式存在。如果在尝试已知再循环技术之前，没有从阴极层去除硫化物固体电解质材料，则硫化物固体电解质材料暴露于水或酸将产生有害的h2s气体。

4、更复杂的是，在固态电池中，阳极层、电解质层和阴极层在高压下被层压在一起，这限制了直接接近含镍阴极活性材料和含钴阴极活性材料。在不能直接接近阴极层的情况下，使用当今已知的再循环技术再循环硫化物固态电池是不安全的。本文描述了一种用于与硫化物固态电池相容的用过的电池的新颖且安全的再循环技术，因为所述再循环技术使用目标溶剂来将电池和缓地分解成其组成组分以用于回收材料。

技术实现思路

1、本申请涉及一种用于从电化学电池单元中分离和回收材料的方法，所述方法包括：(a)将溶剂添加到位于容器中的所述电化学电池单元中；(b)向所述容器中的所述电化学电池单元和所述溶剂提供能量，以促进所述电化学电池单元的第一材料的溶解；(c)将所述溶剂和经溶解的第一材料与所述电化学电池单元的剩余材料分离；以及(d)回收所述经溶解的第一材料，任选地其中用一种或多种相同或不同的溶剂或其混合物重复(a)、(b)、(c)和(d)。

2、在一个实施例中，所述材料包含电极金属、固态电解质、活性材料、粘合剂、导电添加剂和其衍生物。

3、在另一个实施例中，所述材料包含锂金属、基于硫化物的固态电解质、阴极活性材料、粘合剂、碳添加剂、铝金属和其衍生物。

4、在另一个实施例中，所述方法进一步包括用另外的溶剂洗涤所述电化学电池单元的所述剩余材料以去除残留材料。

5、在另一个实施例中，所述方法进一步包括分离包括密度偏析。

6、在另一个实施例中，所述方法进一步包括将络合剂添加到所述容器中的所述电化学电池单元和所述溶剂中。

7、在另一个实施例中，所述络合剂选自p2s5、元素硫、p4s8、p4s9、sb2s5和其混合物。

8、在另一个实施例中，所述经溶解的材料包括p2s5-li2s络合物。

9、在另一个实施例中，所述溶剂包括基于烃的溶剂。

10、在另一个实施例中，所述溶剂包括基于二甲苯的溶剂。

11、在另一个实施例中，用极性溶剂重复步骤(a)、(b)、(c)和(d)。

12、在另一个实施例中，用基于腈的溶剂重复步骤(a)、(b)、(c)和(d)。

13、在另一个实施例中，所述基于腈的溶剂包括乙腈、丙腈、丁腈、异丁腈或其混合物。

14、在另一个实施例中，所述提供能量包括物理搅拌所述容器中的所述电化学电池单元和所述溶剂或向所述容器中的所述电化学电池单元和所述溶剂施加热量。

15、在另一方面，本公开描述了一种再循环含有锂金属的电化学电池单元的方法，所述方法包括：(a)将所述电化学电池单元浸泡在一种或多种溶剂中，任选地施加搅拌或加热，其中所述电化学电池单元的粘合剂和/或聚合物成分溶解在所述溶剂中；(b)去除具有所述电化学电池单元的经溶解的粘合剂和/或聚合物成分的所述溶剂；(c)将不同溶剂添加到所述电化学电池单元中并且浸泡所述电化学电池单元，任选地施加搅拌或加热，其中固态电解质的另外的粘合剂和/或聚合物成分溶解在所述不同溶剂中，以释放所述电化学电池单元的所述锂金属，从而形成具有锂金属分散体的混合物；(d)将络合剂添加到所述锂金属分散体中，以与经释放的锂金属形成络合物，从而形成沉淀物；(e)过滤所述沉淀物，以回收锂金属络合物，任选地其中用一种或多种相同或不同的溶剂或其混合物重复(a)、(b)、(c)、(d)和/或(e)。

16、在再循环方法的另一个实施例中，(a)的所述溶剂包括基于烃的溶剂。

17、在再循环方法的另一个实施例中，(c)的所述不同溶剂包括极性溶剂或基于腈的溶剂。

18、在再循环方法的另一个实施例中，(d)的所述络合剂包括元素硫、p4s3、p4s4、p4s5、p4s6、p4s7、p4s8、p4s9、p4s10(p2s5)、sb2s3和sb2s5或其混合物。

19、在再循环方法的另一个实施例中，所述基于烃的溶剂包括二甲苯、甲苯、苯、己烷、庚烷、辛烷、异链烷烃、非质子烃或其混合物。

20、在再循环方法的另一个实施例中，所述不同溶剂包括醚、酯、腈、醇、硫醇、酮或其混合物。

1.一种用于从电化学电池单元中分离和回收材料的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述材料包含电极金属、固态电解质、活性材料、粘合剂、导电添加剂和其衍生物。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述材料包含锂金属、基于硫化物的固态电解质、阴极活性材料、粘合剂、碳添加剂、铝金属和其衍生物。

4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括用另外的溶剂洗涤所述电化学电池单元的所述剩余材料以去除残留材料。

5.根据权利要求1所述的方法，其中分离包括密度偏析。

6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将络合剂添加到所述容器中的所述电化学电池单元和所述溶剂中。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述络合剂选自p2s5、元素硫、p4s8、p4s9、sb2s5和其混合物。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述经溶解的材料之一包括p2s5-li2s络合物。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶剂包括基于烃的溶剂。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶剂包括基于二甲苯的溶剂。

11.根据权利要求1所述的方法，其中用极性溶剂重复步骤(a)、(b)、(c)和(d)。

12.根据权利要求1所述的方法，其中用基于腈的溶剂重复步骤(a)、(b)、(c)和(d)。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述基于腈的溶剂包括乙腈、丙腈、丁腈、异丁腈或其混合物。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述提供能量包括物理搅拌所述容器中的所述电化学电池单元和所述溶剂或向所述容器中的所述电化学电池单元和所述溶剂施加热量。

15.一种再循环含有锂金属的电化学电池单元的方法，所述方法包括：

16.根据权利要求15所述的方法，其中(a)的所述溶剂包括基于烃的溶剂。

17.根据权利要求15所述的方法，其中(c)的所述不同溶剂包括极性溶剂或基于腈的溶剂。

18.根据权利要求15所述的方法，其中(d)的所述络合剂包括元素硫、p4s3、p4s4、p4s5、p4s6、p4s7、p4s8、p4s9、p4s10(p2s5)、sb2s3和sb2s5或其混合物。

19.根据权利要求16所述的方法，其中基于烃的溶剂包括二甲苯、甲苯、苯、己烷、庚烷、辛烷、异链烷烃、非质子烃或其混合物。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述不同溶剂包括醚、酯、腈、醇、硫醇、酮或其混合物。