一种利用强太阳辐射驱动废旧电池电极材料高效剥离的方法

本发明属于废旧电池的回收，具体涉及一种利用强太阳辐射驱动废旧电池电极材料高效剥离的方法。

背景技术：

1、电动汽车的快速发展产生了数百万吨的废旧锂离子电池，其中大量的废旧电极材料会造成资源浪费和环境污染。废旧锂离子电池的资源化回收利用不仅可以避免固废堆放引发的环境问题，还能为新电池的制造提供原材料。为了提高后续的回收效率和产品纯度，有机黏结剂的高效去除是实现废旧锂离子电池高效资源化利用的关键。这可以显著提高金属集流体与表面电极材料的剥离效率、电极活性材料的回收效率和电极材料再生修复效率。目前电极材料分离主要有热处理，化学处理或者两者相结合的方式来除去粘结剂。热处理通过高温促使有机黏结剂分解失效，但存在能耗高的问题，同时长时间高温也在一定程度上破坏了电极材料的结构，不利于其再生利用。化学溶解是去除粘结剂的有效方法，但常用的溶剂如n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)、二甲基乙酰胺(dmac)和n,n-二甲基甲酰胺(dmf)成本高、污染环境且有毒。此外，粘结剂在有机溶剂中的溶解度有限，可能需要额外的热处理来去除正极活性材料周围的残余粘结剂团聚体。因此，寻找低能耗，无毒，高效的剥离方式是未来的发展方向。

2、中国发明cn117458023a公开了一种废旧锂电池电极材料高压电脉冲剥离装置及回收方法，包括将废旧电极片与高压电极连接，利用脉冲发生器的热电效应，实现电极材料的剥离。但热解过程中能效较高，设备复杂，集流体在高温下容易变脆，不利于粉体与电极材料的分离。中国发明cn117638283a公开了一种干冰辅助的锂离子电池极片剥离方法，包括将剪碎的锂电极极片与干冰混合后球磨，得到正极材料粉末和集流体。该方案需要使用干冰，不仅会产生碳排放，而且再回收二氧化碳制备干冰过程中耗能过高。中国发明cn117039234a公开了一种锂电池正极材料与铝箔剥离的方法，将废旧正极片与无水氯化钙颗粒混匀后，微波烧结，实现正极材料粉末与铝箔片的分离，该方法需要控制空气湿度，操作复杂。中国发明cn110661055a公开了一种高效剥离废旧锂离子电池材料的方法，将废旧锂离子电池拆解后所得极片进行微波烧结，冷却后将极片表面的粉状物分离，分别得到金属箔片和电极材料，该方法对设备要求较高，不利于大规模产业化。中国发明cn117832669a公开了一种三元锂电池正极材料回收方法，将废旧三元锂电极片在2,4-二氯苄醇的水溶液体系中进行水热反应，进而分离集流体与电极材料。虽然可以有效分离集流体与电极材料，但水热过程需要高温高压，对设备要求较高，不利于工业化生产。中国发明cn102703706 a公开了一种报废锂离子正极片上钴酸锂与铝箔的分离方法，将裁剪后的钴酸锂电极材料放在nmp/dmf有机溶剂中进行超声，分离过滤出滤渣。该方法需要使用大量有机溶剂，成本过高，同时烘干电极材料时会造成有机溶剂挥发，进一步污染环境。

3、综上，现行的废旧电极材料分离方案存在环境污染、高耗能、杂质多等问题，不利于废旧电极材料的高效回收。本发明创新性地提出一种利用强太阳辐射驱动废旧电池电极材料高效剥离的方法，该方法无需使用有机溶剂与不可再生能源，利用菲涅尔透镜聚焦太阳辐射产生的高温，能够高效、快速地分离电极材料与集流体。整个方案工艺简单，对设备要求低，回收率高，能够高效剥离废旧电池材料。

技术实现思路

1、为了解决现有电极材料与集流体剥离过程中的高能耗，低剥离效率及产物杂质多的问题，本发明第一目的在于，提供一种利用强太阳辐射驱动废旧电池电极材料高效剥离的方法，旨在快速、高效地将废旧电极材料与集流体剥离，避免了传统剥离方案中的高能耗、高污染以及金属元素丢失的问题。

2、本发明第二目的在于，提供一种高效获得电极材料的方式，旨在获得低杂质，高纯度，低有机物残留的电极材料。

3、本发明采用以下技术方案：

4、一种利用强太阳辐射驱动废旧电池电极材料高效剥离的方法，是将废旧电极极片放到聚焦太阳辐射的菲涅尔透镜下进行剥离，在短时间内实现电极材料与集流体的分离。具体操作包含以下步骤：

5、将废旧电池放电处理，随后拆解得到废旧正极极片，塑料隔膜和废旧负极极片，将获得的电极极片裁切成小片，放置在菲涅尔透镜聚焦太阳辐射的焦点下进行剥离，自然冷却后将粉体材料与集流体过筛分离。筛上物为集流体，筛下物为电极材料。

6、本发明中，所述菲涅尔透镜的材质包括亚克力板，玻璃等。

7、本发明中，所述菲涅尔透镜的规格为：长、宽或直径在10cm-200cm之间，焦距在5cm-200cm之间。

8、本发明中，所述废旧电池类型没有特别要求，可以为废旧的锂离子电池，钠离子电池，锌离子电池的一种或几种。

9、本发明中，剥离过程可以在空气、氮气、或氩气环境下进行。

10、本发明中，所述冷却的方式为自然冷却至室温。

11、本发明中，所述分离的方式包括过筛，筛孔孔径为1-5mm或者筛孔目数为100-500目。筛上物为集流体，筛下物为电极材料。

12、本发明中，菲尼尔聚焦太阳辐射的温度在200-1000℃，考虑到集流体熔点，可进一步优选为300-600℃。

13、本发明中，电极极片在菲涅尔透镜聚焦太阳辐射的焦点下的时间没有特别要求，剥离过程持续5-60min，考虑到高效的剥离效率，剥离时间进一步控制在5-15min。

14、温度过高或者时间过长，会使集流体融化，导致集流体与电极材料筛分困难，同时破坏正极材料结构，不利于后续修复。

15、本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

16、本发明创新性的研究表明，采用菲涅尔透镜聚焦太阳辐射能，能够实现下电极材料与集流体的快速分离。聚焦太阳辐射的菲涅尔透镜能够在20s内从室温升温至1000℃，pvdf在高温下，碳-氟分子链断裂，生成自由基，自由基与周围的分子发生反应，最终pvdf分解成较小的分子或无定形物质。同时，利用电极材料与铝箔之间的热膨胀系数不同，电极材料与铝箔之间的瞬时热应力使得界面处产生剥离力，加速废旧电池材料与集流体的分离。

17、本发明所述的剥离工艺具有很强的普适性，特别是对于粘结剂在高温下容易分解的电极极片，菲涅尔透镜聚焦太阳辐射所产生的高温，能够有效裂解粘结剂。同时，本发明不需要对极片进行破碎处理，保证了集流体的完整性，更方便回收利用。

18、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：

19、1.本发明耗能极低，仅利用菲涅尔透镜聚焦的太阳辐射能，可以有效裂解粘结剂和有机溶剂，高效剥离废旧电极材料。同时不使用有毒的有机溶剂，效率高，环境友好；此外能够获得完整的集流体，产物纯度较高。

20、2.本发明利用菲涅尔透镜聚焦太阳辐射后焦点在20s内可以由室温升至1000℃，正极材料与铝箔之间的热膨胀系数不同，瞬时热应力使得界面处产生剥离力，加速废旧电池材料与集流体的分离，通过筛分装置将粉体与集流体剥离，减少了过筛时间，操作更加方便。

21、3.本发明采用高温方式除去材料表面的粘结剂，同时可以除去电极材料表面覆盖的有机物，由于剥离时间较短，对活性材料无损坏，更有利于再生利用。

22、4.本发明通过调控聚焦位置，可以精确控制光斑温度与大小，实现不同电极材料的剥离。

23、5.本发明投入成本低，无需消耗大量能源，绿色环保，操作简单，分离效率高，适用性广泛，具有较大的商业潜力。