[發明專利]一種從鋰電池正極材料中分離回收鋰和鈷的方法

有效

• 申請號: 201110065079.2
• 申請日: 2011-03-17
• 公開（公告）號: CN102163760A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 王勤;李云峰;何顯達;魯習金
• 申請（專利權）人: 江西格林美資源循環有限公司;荊門市格林美新材料有限公司;深圳市格林美高新技術股份有限公司
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54;C22B7/00;C22B26/12;C22B23/00
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;潘中毅

技術領域

本發明涉及廢舊鋰電池中有色金屬的處理，尤其涉及一種從鋰電池正極材料中分離回收鋰和鈷的方法。

背景技術

鋰電池因具有體積小、重量輕、比能量高、循環使用長和無記憶性等諸多優點，被廣泛應用于筆記本電腦、手機、數碼相機和VCD等電子產品中。

我國是鋰電池的最大生產國以及最大消耗國。鋰電池的壽命一般是3年，每年淘汰的廢舊鋰電池數以億計。廢舊鋰電池正極材料中的典型金屬含量是：Co：22.31％、Li：3.74％、Ni：0.4％、Al：9.78％和Cu：7.47％。

其中，金屬鈷為重要的戰略物質。我國已探明的鈷金屬含量僅47萬噸，并且多以伴生形式存在于鈷礦物中。鈷礦物的賦存狀態復雜，品位低，提取工藝復雜且回收率低。因此，探索從已有的廢舊含鈷材料中分離回收金屬鈷顯得格外重要。據報道，2007年我國的電池行業鈷用量是6000噸，占國內鈷消費量的48％，并且鈷是重金屬元素，廢舊鋰電池中的鈷隨意丟棄將對環境造成極大的危害。因此，如何從廢舊鋰電池中分離回收金屬鈷成為一個值得關注的熱點問題。

另外，金屬鋰是工業發展的重要能源材料之一。當今全球對鋰及其化合物的需求正以每年5～8％的速度增加。特別是隨著這幾年來新能源汽車逐漸得到重視、推廣并已成為替代傳統汽車的必然趨勢，作為新能源汽車“心臟”的動力鋰電池的產量也已進入迅速增長期。預計到2012年，新能源汽車的年產量將達到100萬輛，將帶動5.2萬噸鋰電池正極材料的需求。考慮到鋰電池的壽命有限，幾年后這些新能源汽車鋰電池將逐漸進入淘汰報廢期，其正極材料中的鋰若被隨意丟棄將造成極大的資源浪費。

可見，從鋰電池正極材料中分離回收鈷和鋰具有十分重要的社會效益和經濟效益。

目前，從廢舊鋰電池中分離回收金屬鈷和鋰的方法為：將有價金屬包括鈷、銅和鋰全部變成可溶性鹽從鋰電池中溶解浸出，再從浸出液中通過萃取或化學選擇法分離金屬鈷，隨后再對剩余在浸出液中的鋰進行分離回收。

該方法存在以下問題：

(一)萃取法：用有機萃取劑(如P204和P507等)萃取分離鈷和鋰，存在混相夾帶以及有機萃取劑同時能夠萃取少量鋰的問題，在制備鈷產品時，會導致鈷產品里面的鋰含量偏高，大大影響鈷產品質量；

(二)化學選擇性沉淀法：用碳酸氫銨或者草酸銨沉淀鈷，然后直接煅燒或者熱還原制備產品，該方法最終的鈷產品雜質含量比較高，這是由于：(1)鈷酸鋰料浸出液除了鈷和鋰之外還含有鋁、銅、錳、鐵等雜質；(2)鋰也會有一部分沉淀；而對于鋰的回收，一般采用碳酸鹽沉淀法，但是鋰的回收率一般只有60％左右，并且純度較低。

綜上，目前從廢舊鋰電池中分離回收鈷和鋰的方法不能有效的將鈷和鋰分離，鈷產品中常混雜鋰而導致質量降低，同時鋰的回收率較低。尤其是對于鋰含量較高的廢舊鋰電池，該問題更加嚴重。

發明內容

為解決上述問題，本發明旨在提供一種從鋰電池正極材料中分離回收鋰和鈷的方法，該方法能夠同時保證鋰和鈷都具有較高的回收率和較高的純度。

本發明提供了一種從鋰電池正極材料中分離回收鋰和鈷的方法，包括以下步驟：

(1)物理拆解和堿浸：將廢舊鋰電池放電，進行物理拆解得到鋁箔上負載有鈷酸鋰的正極材料；堿浸后過濾，分離掉鋁箔得到含鈷酸鋰的黑色固體物料；

(2)焙燒和水洗：將上述含鈷酸鋰的黑色固體物料按重量比為1∶0.8～1.2加入硫酸鹽，混合，在600～800℃下焙燒2～6小時，冷卻后按固液比為1∶3～5加入洗滌液洗滌，在60～80℃下攪拌1～2小時，過濾，得到含有Li⁺的濾液以及含有鈷和少量鋰的濾渣；

(3)還原和酸溶：將步驟(2)中的濾渣按固液比為1∶6～10加入1.0～3.0mol/L的酸溶液，以及加入雙氧水或亞硫酸鈉，在50～80℃下攪拌反應2～4小時，過濾，得到含有鈷和少量鋰的濾液；

(4)萃取鈷：取有機萃取劑，從步驟(3)制得的濾液中萃取鈷，得到純凈的Co²⁺溶液。

本發明步驟(1)為取廢舊鋰電池為原料，經物理拆解后得到負載有鈷酸鋰的正極材料，隨后進行堿浸使得金屬鋁發生化學反應，由此正極材料和鋁箔得以分離，過濾，取濾渣即為含鈷酸鋰的黑色固體物料。優選地，堿浸為將所述正極材料按固液比為1∶3～6加入底水，調節pH值為13～14，在60～85℃攪拌0.5～2小時。堿浸可以選用氫氧化鈉溶液進行堿浸。濾液可用于回收氧化鋁。