[發明專利]一種含鎳鈷鋰電池正極材料的回收方法

在審

• 申請號: 201611031188.1
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106785159A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 趙志安;楊徐烽
• 申請（專利權）人: 池州西恩新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 金彥,許亦琳

技術領域

本發明屬于資源回收領域，具體涉及到一種含鎳鈷鋰電池正極材料的回收方法。

背景技術

鎳鈷錳(鋁)三元鋰電池或其他含鎳鈷鋰電池正極材料已經作為新能源動力電池、貯能電池的發展方向，2015年這些含鎳鈷鋰電池的正極材料的產品達到15萬噸，而且每年的增長率15％。到2020年，全世界產量超過30萬噸，其中中國產量將超過20萬噸。鋰電池的正常使用壽命3-5年，每年進入回收領域的量不到20％，而且這20％的回收，只是回收其中的鎳鈷元素，鋰的收率不到5％。

發表的鋰電池回收技術論文和專利很多，考慮到鎳鈷錳鋁鋰元素的分離困難，往往鋰的收率很低，實用價值不高。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種含鎳鈷鋰電池正極材料的回收方法，利用堿液浸泡，溶解正極材料中的鋁，形成偏鋁酸鹽，堿浸洗后的含鎳鈷錳鋰的正極材料粉末加入酸和還原劑溶解鎳鈷錳鋰化合物，然后用離子交換樹脂吸附鎳鈷錳金屬離子，利用酸再生得到鎳鈷錳的鹽溶液，離子交換樹脂過濾后的含有鋰的酸鹽溶液經蒸發濃縮結晶得到酸鹽，余液用碳酸鹽沉淀得到碳酸鋰。本發明的含鎳鈷鋰電池正極材料的綜合回收利用方法使得廢正極材料中鋁資源和鎳鈷錳鋰得到充分利用，鎳鈷錳鋰的收率＞95％，且工藝簡單，投資小，成本低。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種含鎳鈷鋰電池正極材料的綜合回收利用方法，包括如下步驟：

(1)將廢正極材料粉碎后加堿液浸泡并發生反應，然后經固液分離得到偏鋁酸鹽溶液和含鎳鈷錳鋰的正極材料粉末；

(2)將步驟(1)得到的含鎳鈷錳鋰的正極材料粉末加入酸和還原劑溶解鎳鈷錳鋰化合物，然后經固液分離得到酸不溶性物質和含有鎳鈷錳鋰的酸鹽溶液例如硫酸鹽溶液，硝酸鹽溶液等；

(3)將步驟(2)得到的含有鎳鈷錳鋰的酸鹽溶液經離子交換樹脂吸附得到含有鎳鈷錳的酸鹽溶液和含有鋰的酸鹽溶液，含有鎳鈷錳的酸鹽溶液經酸再生得到鎳鈷錳的鹽溶液；

得到的鎳鈷錳的鹽溶液可作為三元電池的原料；

(4)將步驟(3)得到的含有鋰的酸鹽溶液經蒸發濃縮結晶得到酸鹽，固液分離，液相用碳酸鹽沉淀得到碳酸鋰，固液分離，濾液蒸發濃縮結晶得到酸鹽。

廢正極材料是指廢新能源電池正極拆解下來的含鎳鈷錳鋰一種或多種的金屬成分的固體廢物，主要成分為鎳15-30wt％，如15-16wt％或16-30wt％，鈷15-28wt％，如15-18wt％、18-22wt％或22-28wt％，錳8-19wt％，如8-11wt％、11-14.2wt％、14.2-15wt％或15-19wt％，鋰4-7wt％，鋁2-20wt％，如2-10wt％、10-14wt％或14-20wt％。

優選地，步驟(1)中，還包括以下特征中任一項或多項：

(1)將廢正極材料粉碎至＜1cm×1cm的碎片，便于進堿浸；

(2)堿液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液；

當步驟(1)中的堿液為氫氧化鈉時，步驟(1)中的偏鋁酸鹽為偏鋁酸鈉，步驟(3)和步驟(4)中的含有鋰的酸鹽溶液還包含鈉的酸鹽，步驟(4)中的酸鹽為酸鈉，如硫酸鈉，氯化鈉或硝酸鈉，步驟(4)中的碳酸鹽為碳酸鈉；

當步驟(1)中的堿液為氫氧化鉀溶液時，步驟(1)中的偏鋁酸鹽為偏鋁酸鉀，步驟(3)和步驟(4)中的含有鋰的硫酸鹽溶液還包含鉀的酸鹽，步驟(4)中的酸鹽為酸鉀，如硫酸鉀，氯化鉀或硝酸鉀，步驟(4)中的碳酸鹽為碳酸鉀；

(3)堿液的濃度為10～30wt％；

(4)堿液中OH^-與廢正極材料中Al的摩爾比為3～3.6：1。

優選地，步驟(1)和步驟(2)中，固液分離使用的設備選自離心分離機、板塊壓濾機、布袋過濾器和真空圓盤過濾機中的一種。更優選地，固液分離使用的設備為板框壓濾機或離心分離機，進一步更優選地，附帶水洗設施。

優選地，步驟(2)中，還包括以下特征中任一項或多項：

(1)酸選自硫酸、鹽酸和硝酸中的一種或多種；

(2)調整加酸量，控制加入酸和還原劑溶解結束時pH在3.5～5.5；

(3)還原劑選自雙氧水、亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉和焦亞硫酸鈉中的一種或多種，更優選為雙氧水，讓鎳鈷錳鋰充分溶解后；

(4)還原劑與廢正極材料的質量比為1.3～1.7：1；

(5)含有鎳鈷錳鋰的硫酸鹽溶液中金屬離子濃度控制在30～70g/L。