[發明專利]一種回收再生鋰離子電池正極材料的方法

有效

• 申請號: 201110330073.3
• 申請日: 2011-10-26
• 公開（公告）號: CN102382987A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 李麗;吳鋒;陳人杰;劉劍銳;謝嫚;趙桃林;張笑笑
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C22B7/00
• 分類號: C22B7/00;C22B3/10;C25B1/00;H01M10/54;C22B23/00;C22B26/12
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 楊志兵;張利萍

技術領域

本發明涉及一種回收再生鋰離子電池正極材料的方法，具體地說，涉及一種利用廢舊鋰離子電池分離回收其中的鈷和鋰，并將所述鈷和鋰再生成新的鈷酸鋰電極材料的方法，屬于電極材料的回收與循環再利用技術領域。

背景技術

近年來隨著移動通訊的快速發展以及筆記本電腦的普及，鋰離子電池由于其電壓高、質量輕、比能量大、自放電小、循環壽命長、無記憶效應以及環境污染少等優點，迅速替代了鎳鎘、鎳氫電池成為最受歡迎的高能電池，在手機、相機以及筆記本電腦等領域得到了廣泛的應用。同時，鋰離子電池正向高性能、多型號、低成本和高安全性的方向發展。作為電源更新換代產品，微型鋰離子電池還將在區域電子綜合信息系統、衛星及航天等地面與空間軍事、電動汽車、民用等領域有著廣闊的應用前景。

鋰離子電池的循環壽命一般在500～1000次之間，報廢后，若棄之于環境，廢舊鋰離子電池內部的有機電解液會污染大氣、水和土壤等；廢舊鋰離子電池內部的重金屬會污染水和土壤等，并通過生物鏈危害人體。此外，廢舊鋰離子電池中還含有大量有價值的金屬，例如重約40g的手機電池，其中鈷、銅、鋁、鐵和鋰的含量分別為15％，14％，4.7％，25％和0.1％。其中，鈷是一種稀有的貴金屬，在自然界原生礦中的含量很低，而鈷用于鋰離子電池正極材料中的需求量卻較高，所以有必要對鈷進行回收和再利用。

目前，國內外對于廢舊鋰離子電池的回收與再生技術已經取得了很大的進展。廢舊鋰離子電池的資源化主要集中于其正極活性材料的回收與再利用，現有回收所采取的方法主要有火法、溶劑萃取法、化學沉淀法和生物法等。其中，火法主要是通過還原焙燒分離鈷和鋁，浸出分離鈷和乙炔黑。火法工藝較簡單，但能耗較大，而且溫度過高。溶劑萃取法主要是利用特定的有機溶劑與鈷形成配合物，對鈷和鋰進行分離和回收。萃取法操作便捷，分離效果好，但化學試劑和萃取劑的大量使用會對環境造成二次污染。化學沉淀法是選用不同的沉淀劑來沉淀出廢舊鋰離子電池中的鈷等貴重金屬。化學沉淀法操作流程短，工藝較簡單，效果好，關鍵是選用合適的沉淀劑和沉淀條件。生物法主要是用微生物將廢舊鋰離子電池中的有用金屬轉化為可溶化合物并選擇性地溶解出來，得到含有用金屬的浸出溶液，實現有用金屬與其它組分分離，最終回收有用金屬。生物法處理廢舊鋰離子電池成本低，常溫常壓下操作方便，耗酸量少，但是處理周期長，微生物菌種不易培養，易受污染，且浸出溶液分離較困難。

因此，需要有一種效果明顯且簡單可行，不會對環境造成二次污染的方法對廢舊鋰離子電池中的有用金屬進行回收并再利用，以解決目前廢舊鋰離子電池對環境的危害和金屬資源稀少的問題，以實現資源綜合利用，變廢為寶，達到節約資源和保護環境的雙重目的。

發明內容

針對現有技中對廢舊鋰離子電池中有用金屬回收再利用存在能耗大、處理周期長以及會對環境造成二次污染的缺陷，本發明的目的在于提供一種回收再生鋰離子電池正極材料的方法，具體地說，涉及一種利用廢舊鋰離子電池分離回收其中的鈷和鋰，并將所述鈷和鋰再生成新的鈷酸鋰電極材料的方法，所述方法可將從廢舊鋰離子電池中分離回收到的鈷和鋰采用電化學沉積法直接沉積到鎳基體上，得到再生的鈷酸鋰電極材料，再生的鈷酸鋰電極材料可直接用做鋰離子電池正極材料，所述方法能耗低，制備工藝簡單，處理周期短，效果明顯，不會對環境造成二次污染。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種回收再生鋰離子電池正極材料的方法，所述方法步驟如下：

(1)廢舊鋰離子電池的預處理

將廢舊鋰離子電池放電后分解，得到附有鈷酸鋰的鋁箔片，用N-甲基吡咯烷酮(NMP)超聲處理所述鋁箔片，然后過濾，得到沉淀，將沉淀在600～800℃下灼燒3～5h，得到黑色固體粉末。

(2)鈷和鋰的浸出

將步驟(1)得到的黑色固體粉末進行酸浸處理，過濾，得到含有Co²⁺和Li⁺的浸出溶液。

所述酸浸處理為本領域采用化學法回收廢舊鋰離子電池中的鈷和鋰所采用的常規酸浸方法。

其中，優選將步驟(1)得到的黑色固體粉末與鹽酸和過氧乙酸一起混合進行浸出，過濾，得到含有Co²⁺和Li⁺的浸出溶液。

(3)電化學方法再生鈷酸鋰