隨著鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大, 我國(guó)鋰電池的年產(chǎn)量也在不斷增長(zhǎng), 僅2011年, 全國(guó)鋰電池產(chǎn)量即達(dá)29.66億只, 同比增長(zhǎng)18.22%。目前, 我國(guó)已成為鋰電池生產(chǎn)、消費(fèi)和出口大國(guó), 每年所報(bào)廢的舊電池也在隨之增長(zhǎng)。這些廢舊電池如處理處置不當(dāng), 將會(huì)帶來(lái)各種環(huán)境污染問(wèn)題。廢鋰電池中含有大量有價(jià)金屬, 其中:鈷為5%~20%、鋰為5%~7%、鎳為5%~10%, 對(duì)這些有價(jià)金屬進(jìn)行合理回收, 不僅能夠我國(guó)目前資源短缺的現(xiàn)狀[6], 具有極大的經(jīng)濟(jì)效益, 而且同時(shí)還能夠變廢為寶, 具有顯著的社會(huì)環(huán)境效益。
鋰電池結(jié)構(gòu)
鋰電池主要是由正負(fù)極、隔離膜、電解液、外殼等幾部分組成, 其中正極材料在電池的結(jié)構(gòu)中占據(jù)著重要地位。目前, 在商業(yè)化的鋰電池中, 最為廣泛使用的正極材料是由88%的活性材料 (LiCoO2) 與8%的乙炔黑導(dǎo)電劑通過(guò)4%的聚偏氟乙烯 (PVDF) 粘結(jié)劑均勻涂抹在作為集流體的鋁箔兩面組成的。對(duì)于拆解后得到的正極材料, 本研究分析測(cè)定了其組成, 并針對(duì)正極材料的結(jié)構(gòu), 分別采用有機(jī)溶劑溶解、破碎篩分、高溫分解3種方法對(duì)其組成材料進(jìn)行富集分離, 并分析其分離結(jié)果, 以便進(jìn)一步應(yīng)用于實(shí)際處理過(guò)程。
破碎篩分
鋰電池正極是粉末狀活性材料鈷酸鋰與乙炔黑導(dǎo)電劑通過(guò)PVDF粘結(jié)劑粘貼在鋁箔上而成的??紤]到鋁箔有較好的延展性, 可以通過(guò)破碎過(guò)程中的機(jī)械撞擊將粉末狀活性材料從鋁箔上剝離, 并通過(guò)顆粒間的形狀與尺寸差實(shí)現(xiàn)鈷酸鋰粉末與鋁箔的篩分分離。
將鋰電池正極利用高速粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎, 對(duì)破碎后的解離物料進(jìn)行篩分, 測(cè)定不同粒度范圍內(nèi)鈷、鋁等元素含量, 分析不同時(shí)間的破碎效果以及破碎篩分規(guī)律。
破碎篩分技術(shù)可有效對(duì)廢鋰電池正極材料進(jìn)行破碎解離, 并實(shí)現(xiàn)正極活性材料與金屬鋁的分離富集。但與有機(jī)溶劑溶解和高溫分解兩種方法相比, 其分離富集效果不夠理想, 在實(shí)際操作中需要增加后續(xù)分選措施以提高對(duì)鈷酸鋰活性物質(zhì)的分離回收。