[發明專利]一種鋰離子電池正極廢料中金屬的浸出及回收方法

有效

• 申請號: 201510242788.1
• 申請日: 2015-05-13
• 公開（公告）號: CN104868190B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 曹宏斌;謝勇冰;張西華;寧朋歌;林曉;安慧蛟
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟,侯桂麗

技術領域

本發明屬于二次資源回收利用和循環經濟技術領域，涉及一種鋰離子電池正極廢料中金屬的浸出方法，尤其涉及一種基于金屬閉環循環的含鎳、鈷或錳的鋰離子電池正極廢料中金屬的可控浸出方法及回收方法。

背景技術

隨著鋰離子電池在便攜式電子產品中的廣泛應用，鋰離子電池的產量和需求量劇增，從2000年到2010年鋰離子電池的全球年產量增加了800％。由于鋰離子電池在電動汽車和智能電網中的進一步應用，其需求量在未來十年仍會大幅度增加。2013年韓國、日本和中國鋰離子電池產量占全球產量的90％以上。目前，我國已經成為鋰離子電池的最大生產、消費和出口國之一。

由于電子產品更新換代的速度越來越快，加之鋰離子電池的壽命一般僅有1～3年，因此，在未來幾年將會產生大量的廢棄鋰離子電池以及其生產過程中產生的廢料。一方面，這些廢棄物中含有有毒有害的重金屬和具有極強毒性和腐蝕性的有機電解液(如LiFP₆)，如處理不當，將會對生態環境和人體健康造成嚴重威脅；另一方面，這些廢棄物中含有鎳、鈷、錳、鋰、銅和鋁等有價金屬，其中鈷和鋰被認為是戰略金屬，在未來的可持續材料和技術中占有重要的地位。而根據美國地質勘探局的統計數據(USGS World Mine Production and Reserves 2013)，我國的鎳、鈷、錳和鋰的礦產資源僅占全球儲量的4.01％、1.07％、7.02％和26.99％，這些鋰離子電池生產所需的金屬的供需矛盾在我國已經越來越突出。因此，若能高效回收廢鋰離子電池及其生產廢料中的金屬，不僅能夠避免其對環境和人類健康的風險，而且能夠為鋰離子電池生產提供替代的金屬，降低對國外金屬資源的依存度，促進鋰離子電池行業的可持續發展和產業升級。

目前，國內外在廢鋰離子電池資源化回收方面尚處于起步和發展階段，回收方法主要包括濕法冶金、火法冶金和生物冶金技術。由于濕法冶金技術具有金屬的回收率高、回收產物的純度高、低能耗和低有毒有害氣體排放等優點，被認為是回收廢鋰離子電池及其生產廢料的適用技術。由于能將金屬有效地從固相轉移至水溶液中，酸性浸出在濕法冶金技術中占有不可或缺的地位。現有的濕法冶金工藝主要針對以LiCoO₂為正極活性物質的廢鋰離子電池的回收，相關研究主要集中在對浸出工藝的優化以實現鈷和鋰的高浸出率。為了避免由于鋁箔的溶解而導致的后續除雜工藝，在鋰離子電池正極廢料進入酸浸之前，通常需要一些預處理步驟將正極材料從鋁箔上分離下來，如專利CN101942569B、CN 101318712B、CN 102382987B和CN 100440615C分別采用NaOH溶液溶解、超聲波清洗、N-甲基吡咯烷酮(NMP)超聲輔助處理和NMP攪拌浸泡分離正極材料與鋁箔。這些復雜的預處理工藝一方面使得整個工藝流程變長，增加了處理成本；另一方面，強堿和有機溶劑的使用會對環境和人體健康構成潛在威脅。鑒于鹽酸、硫酸和硝酸等無機酸可能對環境造成的二次污染，使用環境友好的有機酸成為最近研究的熱點，如CN 103641175A采用有機蘋果酸溶解錳酸鋰正極材料，為了提高鈷的浸出率，這些工藝在酸浸步驟中通常會加入過氧化氫或亞硫酸鈉等還原劑。然而，目前的這些回收技術主要以回收鋰離子電池中的鈷和鋰等有價金屬為目的，正極廢料浸出后通常采用沉淀法、溶劑萃取法、結晶法分離回收浸出液中的金屬，但沒有實現正極廢料中金屬組分的閉環循環。

總之，到目前為止還沒有一種能夠實現基于金屬閉環循環的鋰離子電池正極廢料低成本短程回收技術，并且針對其它化學組成的正極廢料和混合正極廢料的回收技術尤為匱乏。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的之一在于提供鋰離子電池正極廢料中金屬離子的浸出方法，本發明的目的之二在于提供一種基于金屬閉環循環的鋰離子電池正極廢料的回收方法，所述鋰離子電池正極廢料中金屬離子的浸出方法金屬的浸出率高，部分有機酸可回收利用，處理成本低，并且不產生二次污染。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一方面，本發明提供了一種鋰離子電池正極廢料中金屬的浸出方法，所述方法為：將鋰離子電池正極廢料與含有還原劑的有機酸溶液進行反應，反應后進行固液分離，得到浸出液和濾渣，實現鋰離子電池正極廢料中金屬的浸出。

所述鋰離子電池正極廢料干燥后再與含有還原劑的有機酸溶液進行反應。