废旧锂离子电池资源化中集流体、电极材料的清洁分离基础研究

本研究的目的在于把传统矿物加工的分离技术、破碎筛分技术、电选技术和浮选技术应用于废旧锂离子电池材料中有价金属的回收。通过研究集流体、电极材料和PVDF的界面相互作用、最佳物理场优化、分选药剂设计的科学问题，开发清洁、低成本具有实用意义的废旧锂离子电池资源化技术原型。

锂离子电池在被广泛使用的同时，其报废量也在提升。一方面，锂离子电池使用寿命通常在500-1 000次之间，使用2-3 a以后，其电极膨胀，容量下降，以至报废。另一方面，据估计，大型电池企业的废品率一般在1%～3%、极片生产过程中的边角料废品率为1%～2%，而小型企业的残次品率则更高。尽管手机型号在快速变更，但是大量库存电池和旧电池仍需物尽其用，否则，不但会造成资源的浪费，而且会对人类健康和环境产生巨大的威胁。更何况，废旧锂离子电池含有大量有价金属，其中，钴的质量分数为5%～20% ,锂5%～7%，镍5%～10%，回收这些有价金属尤其是钴将大大缓解钴资源的紧缺。目前，对废旧锂离子电池进行回收的方法很多，但均存在一些问题，效果不理想。. 根据清洁的钴酸锂表面亲水和石墨表面疏水的特点，本课题组利用浮选法来分离回收废旧锂离子电池电极材料，主要是寻找和试验合适的浮选药剂并确定其用量，其次是设计并合成新的浮选药剂。2011年本课题组试验了起泡剂松油醇、甲基异丁基甲醇（MIBC），捕收剂煤油，抑制剂淀粉对浮选实验结果的影响；设计并合成了2个新化合物。在此基础上，2012年本课题组试验了捕收剂柴油，分散剂六偏磷酸钠、碳酸钠，抑制剂聚丙烯酸钠、柠檬酸、草酸以及分散剂、抑制剂的组合使用对浮选实验结果的影响；设计并合成了8个新化合物。2013年，在前2年的研究基础上，本课题组采用柴油做捕收剂，甲基异丁基甲醇（MIBC）作起泡剂对锂离子电池电极材料钴酸锂进行了浮选实验研究，考察了分散剂的用量、抑制剂种类及用量对回收率的影响：当矿浆浓度为2.0000 g/40.00 mL，pH为6.00，0.15 mg柴油作捕收剂，0.75 mg六偏磷酸钠作分散剂，0.75 mg聚丙烯酸钠作抑制剂，0.84 mg MIBC为起泡剂时，电极材料钴酸锂回收率达93%。实验结果表明，用浮选法分离回收废旧锂离子电池电极材料钴酸锂是可行的。该法具有药品来源广泛、价格低廉、无污染、耐腐蚀、操作简便，回收率高，且回收产品经进一步纯化后可再次利用等优势，其应用前景广阔。课题研究取得了满意的结果，达到了预期目标。. 在基金资助下，本课题组现已公开发表学术论文9篇，其中被EI收录3篇，申请并获授权发明专利2件，获湖南省科技进步三等奖1项。

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