[發明專利]一種從報廢鋰電池中回收鋰的裝置和方法

有效

• 申請號: 201610527114.0
• 申請日: 2016-07-03
• 公開（公告）號: CN106025416B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 李子瑞;劉偉;朱育丹
• 申請（專利權）人: 溫州大學激光與光電智能制造研究院
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54;C22B7/00;C22B26/12
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司33258
• 代理人: 陳加利

技術領域

本發明屬于金屬離子分離處理技術領域，尤其涉及一種從報廢鋰電池中回收鋰的裝置和方法。

背景技術

隨著科技的發展，電子產品已經滲透到人們生活的每個角落。由于鋰離子電池與鎘鎳電池、氫鎳電池相比，具有體積小、質量輕、工作電壓高、體積和質量比能量高、無記憶效應、 自放電小、工作溫度范圍寬、壽命長等優點已經主導了小型便攜式電子產品市場。例如：通訊電話、攝像機、便攜式筆記本等。隨著社會不斷發展，氣候、能源和環境問題的出現，鋰離子電池已經廣泛應用于電動車領域。

2013年，我國電池制造業主要產品中，鋰離子電池已累計完成產量42.36億只，累計同比增長14.1%。2014年，中國生產了54.3億只鋰離子電池，年復合增長率在40%左右，約占全球總產量的70%。在2015年達到56億只，同比增長3.13%。電容方面，2015年，國內動力鋰離子電池總產量增加到15.7GWh，是2014年產量的3倍。而鋰離子電池使用壽命一般在 3～5 年，因此每年都會有大量廢舊鋰離子電池出現。如果處理不當，它會對環境和人類健康造成一系列危害。此外，由于鋰離子電池正極材料多為過渡金屬氧化物，如 LiFePO₄、LiCoO₂、Li[Ni_xCo_1－2xMn_x]O₂等，其中含有貴重和稀缺金屬比如鈷、鎳、鋰等。經測定，報廢鋰離子電池中鈷、鋰、銅、鋁、鐵含量分別為23.18%、3.39%、2.90%、0.94%、0.32%。因此，對廢舊鋰離子電池進行無害化處理及對其中的金屬進行資源化回收再利用意義重大。

目前，回收廢舊鋰離子電池主要有以下三種方法：火法冶金法、濕法冶金法、生物浸出法。火法冶金法，即直接采用高溫處理破除金屬外殼，使用浮選、沉淀等方法得到金屬化合物。此過程工藝較簡單，但能耗高，也會產生大量廢氣，所以需要有嚴格的空氣過濾標準。濕法冶金法是先使用機械方法破除電池金屬外殼，后采取浸取、沉淀、離子交換、吸附等方法得到金屬化合物，其回收得到的金屬純凈度較高，能耗低，是較廣泛應用的分離回收金屬離子的方法，但是其工藝復雜。生物浸出法由于具有高的效率、低的成本、少的工業需求、對環境友好等優點正逐漸取代濕法冶金法，但是此方法花費時間較長，細菌較難培養。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的缺點，提出一種新型的報廢鋰離子電池回收處理方法及裝置，設計一種分離鈷離子（Co²⁺）、銅離子（Cu²⁺）、鋁離子（Al³⁺）、鐵離子（Fe³⁺）等高價金屬離子和鋰離子(Li⁺)的分離膜裝置，該裝置只需要百微米級孔徑要求，減少操作壓力和制造難度，從而降低了分離成本并有助于產業推廣。

為實現上述目的，本發明的技術方案是包括有分離膜，該分離膜上設置有多道相互取向一致的微米通道，該微米通道的直徑為10-100um，所述的分離膜的一側設置有與微米通道的入口端相通的原液區，原液區內設置有報廢鋰電池的電解液，該分離膜的另一側設置有與微米通道的出口端相連的分離區，所述的微米通道的內壁上設置有一段陰離子交換膜, 該離子交換膜的外表面與微米通道的內腔相連通，該分離膜相對于離子交換膜的內表面內側連通設置有緩沖液通道，所述的分離膜的相對于原液區的一側設置有第一電極(V1)，分離膜的相對于分離區的一側設置有第二電極(V2)，該第一電極和第二電極用于產生覆蓋于微米通道方向驅動所需分離的離子從分離區向原液區運動的第一場強，所述的離子交換膜上設置有第三電極(V3)，該第三電極的電勢根據具體的待分離離子獨立可調設置。

進一步設置是所述的第三電極外連接有用于調節第三電極電勢的可調電壓源。