锂离子电池应用广泛,使用量快速增长,与此同时报废量也日益增长,废旧锂电池高效资源化回收成为我国目前迫切需要解决的重大问题,对于保护环境和资源循环利用具有重要的意义。废旧锂电池资源化回收过程中,电极材料的高效脱落以及正负极电极材料的分离是实现电极材料高效循环利用的关键环节。本文以废旧锂离子电池正负极电极片为研究对象,针对其常规破碎过程中电极材料脱落效率低,集流体材料易于过粉碎混入电极材料颗粒,以及正负电极材料颗粒表面有机粘结剂膜导致难以浮选分离的问题,提出采用低温选择性破碎实现电极材料颗粒高效脱落,低温研磨快速去除电极材料颗粒表面的有机膜,进而高效浮选分离的新工艺,并开展了相关研究工作。利用低温冷冻球磨仪开展了废旧锂电池电极片的低温破碎试验,结果表明正负极片常温破碎的选择性破碎指数分别为7.05和1.97,而低温破碎的正负极片选择性破碎指数分别为1.09和0.25。指数越小选择性破碎效果越好,结果表明正负极片低温破碎选择性较好。当破碎温度为93 K时,正极材料的脱落效率达到87.29%,是常温破碎时脱落效率的4.28倍;而负极材料的脱落效率由常温的38.53%提高到93.16%。低温破碎大幅提高了电极材料颗粒的脱落效率。粘结剂的存在阻碍了破碎过程中电极材料的脱落,影响了电极材料浮选分离效率。借助DSC对锂电池常用粘结剂PVDF的低温特性进行了分析,结果表明PVDF粘结剂在235 K时发生晶型转变,由高弹态转化为玻璃态,导致粘结剂脆化失效。利用万能材料试验机(CTM)、低温冲击试验机(JBD-300B)和剥离强度实验装置分析了电极材料的宏观力学性能,结果表明在温度为77 K时,正极集流体材料铝箔的拉伸强度是常温下的1.66倍,而负极集流体材料铜箔的拉伸强度则是常温下的1.97倍,正极集流体材料铝箔的冲击强度相较于常温条件下提高了77.8%,而负极集流体材料铜箔的冲击强度是常温下的1.55倍,材料的低温性能的差异导致低温选择性破碎的关键因素。借助SEM、SEM-EDX、3D-XRM分析了低温处理后电极片的微观结构,结果表明低温处理后的电极片表面出现很多裂纹,同时层间开裂胶合结构失效,在外力作用下电极材料更容易脱落,因此低温破碎电极材料的脱落效率更高。采用低温冷冻球磨仪进行了电极材料颗粒低温研磨试验,通过SEM-EDX、XPS、FE-EPMA等分析技术联用,分析了低温研磨对电极材料表面元素分布的影响,结果发现低温研磨后电极材料颗粒表面的氟元素含量显著降低,表明研磨能够有效除去颗粒表面的有机膜。粒度分析和接触角分析表明低温研磨后颗粒的平均粒度更小且颗粒的接触角差值变大。浮选分离试验表明,电极材料颗粒经低温研磨处理后浮选效率大幅提高,浮选精矿中钴酸锂品位和回收率分别达到91.75%和87.28%,而常温研磨条件下则分别为55.36%和72.80%。该论文有图48幅,表9个,参考文献94篇。