一种醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法

本发明属于废旧电池回收与综合利用，具体涉及一种醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法。

背景技术：

1、全球气候环境问题的逐渐加剧，促使能源结构逐渐向清洁可再生进行调整，因此先进的能量存储系统的设计与制造也在不断革新。目前大多数废弃锂离子电池都被丢弃在城市垃圾填埋场，得到回收利用的数量不足5％。若废旧电池处置不当，不仅会存在燃烧和爆炸的风险，而且电池内部的重金属元素和有机物将造成严重的水土、大气污染等问题。同时随着二次电池产量的急剧提升，作为电池重要原材料的金属锂、钴、镍、铜、铝等金属的价格将一路走高。而废弃电池中含有大量该类金属元素，如果得到回收利用，将会有效减少金属资源的浪费，带来极高经济价值。因此制定高效和环保的二次电池回收策略具有重要的现实意义。

2、实现正/负极材料与集流体的分离是后续正/负极材料回收或转化利用的先决条件，也是二次电池回收的重要一环。正/负极极片是由活性物质、导电剂和粘结剂按一定比例混合均匀并涂覆在集流体箔材上，烘干形成薄膜态的极片。目前常见的剥离活性物质与铝集流体的方法主要可以分为高温热处理

3、(cn101217206)、机械破碎筛分(cn109550568a)、有机溶剂浸泡(cn109411844a)、酸浸(cn113981226a)、碱浸(cn103035977a)等。然而热处理的过程能耗大，且易产生二次污染气体。机械破碎筛分很难完全分离，且后续除杂困难。有机溶剂毒性大，且价格昂贵。酸浸碱浸中回收率低，回收过程会产生有毒害废弃物，且杂质铝的存在，使分离工艺变得复杂，增加了回收难度和运营成本。

4、因此，开发一种适合大规模生产、分离率高、分离产物纯度高，且回收过程简单、成本低，节能减排，对环境友好、无二次污染的剥离方法具有重要意义。

5、低共熔溶剂是由一定化学计量比的氢键供体和氢键受体混合形成的双组分或多组分低熔点混合物，其熔点显著低于构成其的任一组份。由于类似的物化性质，如高热稳定性、低挥发性、低蒸汽压等，低共熔溶剂被视为新一代的离子液体。然而，与离子液体相比，低共熔溶剂往往无毒、廉价、溶解性好，可生物降解且易于获得。因此，低共熔溶剂被广泛应用于电化学、金属氧化物溶解、有机合成、生物医药、材料制备等诸多领域。将其应用于废弃电池正/负极材料剥离，前景极大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有废弃电池电极材料与集流体分离中存在的问题，如剥离困难、环境污染大、剥离能耗大、剥离产物杂质多等缺陷，提供一种高效、环保、剥离溶剂可重复利用的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法。

2、为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)将废弃电池浸于饱和盐溶液中，完全放电后，剥去外壳进行拆解，得到正/负极极片；步骤(2)将多元醇作为氢键供体，与氢键受体在室温下混合后，在50-100℃下加热搅拌制得低共熔溶剂；步骤(3)将步骤(1)得到的正/负极极片放入步骤(2)中得到的低共熔溶剂中，于80-200℃条件下反应并辅以搅拌、超声，反应结束后过滤，得到正/负极材料与集流体，其中，步骤(2)中，氢键供体为乙二醇、聚乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、丙三醇、季戊四醇中的一种或几种，氢键受体为尿素、硫脲、碳酸钾、氯化胆碱、氯化锌中的一种或几种，氢键供体与氢键受体的摩尔比为10:1-1:10，步骤(3)中，正/负极极片与低共熔溶剂的质量比为1:5-1:200。

4、在本发明提供的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤(1)中废弃电池为锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池、钠硫电池中的一种或几种。

5、在本发明提供的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤(1)中饱和盐溶液为na2so4、(nh4)2so4、na2co3和nacl中的任意一种。

6、在本发明提供的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤(2)中，氢键供体为乙二醇。

7、在本发明提供的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤(2)中，氢键受体为碳酸钾，氢键供体与氢键受体的摩尔比为10:1-5:1。

8、在本发明提供的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤(2)中，氢键受体为氯化胆碱，氢键供体与氢键受体的摩尔比为3:1-1:2。

9、在本发明提供的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤(3)中正/负极极片与低共熔溶剂的质量比为1:50-1:80。

10、在本发明提供的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤(3)中反应时间为1秒钟至10小时。

11、在本发明提供的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤(3)中超声的功率为10％-100％。

12、在本发明提供的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤(3)中搅拌的转速为200-1000r/min。

13、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

14、1.低共熔溶剂作为一种新型离子液体，具有高热稳定性、低挥发性、无毒、可生物降解、价格低廉、易于制备且可再生重复利用的优点。本发明采用醇基低共熔溶剂作为剥离剂，对废旧电池的正/负极材料进行剥离，参数优化后剥离率可达95％以上；剥离过程无需高温，能耗低；避免了强酸强碱的使用，工艺环保；低共熔溶剂成本低且可重复利用，具有极高的经济价值。

15、2.本发明通过使用醇基低共熔溶剂对废弃电池正/负极材料进行剥离，剥离产物纯度高，结构完整，奠定了后续对正极材料有价金属、负极石墨材料回收再利用的良好基础。

16、3.本发明可同步实现对正/负极集流体的无损剥离，铜箔、铝箔结构完好无破损，可以进行二次利用，增加额外利润。

17、4.相对于其他剥离方法，本发明提供的方法简单易行，成本低，效率高，极易实现产业化。

技术特征：

1.一种醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体，其特征在于，步骤(1)中所述废弃电池为锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池、钠硫电池中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体，其特征在于，步骤(1)中所述饱和盐溶液为na2so4、(nh4)2so4、na2co3和nacl中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体，其特征在于，步骤(2)中，所述氢键供体为乙二醇。

5.根据权利要求4所述的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体，其特征在于，步骤(2)中，所述氢键受体为碳酸钾，所述氢键供体与氢键受体的摩尔比为10:1-5:1。

6.根据权利要求4所述的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体，其特征在于，步骤(2)中，所述氢键受体为氯化胆碱，所述氢键供体与氢键受体的摩尔比为3:1-1:2。

7.根据权利要求1所述的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体，其特征在于，步骤(3)中所述正/负极极片与所述低共熔溶剂的质量比为1:50-1:80。

8.根据权利要求1所述的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体，其特征在于，步骤(3)中所述反应时间为1秒钟至10小时。

9.根据权利要求1所述的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体，其特征在于，步骤(3)中所述超声的功率为10％-100％。

10.根据权利要求1所述的醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体，其特征在于，步骤(3)中所述搅拌的转速为200-1000r/min。

技术总结
本发明提供了一种醇基低共熔溶剂剥离废弃电池正/负极材料与集流体的方法，包括：(1)将废弃锂离子电池浸于饱和盐溶液中，完全放电后，剥去外壳进行拆解，得到正/负极极片；(2)将多元醇作为氢键供体，与氢键受体在室温下混合后，在50‑100℃下加热搅拌制得低共熔溶剂；(3)将正/负极极片放入低共熔溶剂中，于80‑200℃条件下反应并辅以搅拌、超声，得到正/负极材料与集流体，氢键供体与氢键受体的摩尔比为10:1‑1:10，正/负极极片与低共熔溶剂的质量比为1:5‑1:200。本发明采用醇基低共熔溶剂，对废弃电池正/负极材料实现了高效率、高纯度剥离，且可同步实现对金属集流体的无损回收。

技术研发人员：张任远,凡雨鑫
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13