[發明專利]一種基于電化學法從鋰離子電池正極廢料中浸出和回收金屬的方法

有效

• 申請號: 201710104559.2
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106785174B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 張治安;賴延清;李軍明;文定強;湯依偉;方靜;洪波;張凱;李劼
• 申請（專利權）人: 中南大學;廣東佳納能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發明公開了一種基于電化學法從鋰離子電池正極廢料中浸出和回收金屬的方法，該方法是將鋰離子正極廢料粉末壓實制成片狀作為陰極，以惰性電極作為對電極，以含H⁺及K⁺和/或Na⁺的溶液作為電解液，在直流電壓下，進行電化學還原浸出，得到含金屬離子的電解液，該方法和傳統酸浸(酸+還原劑)相比，大幅度減少了酸的用量，浸出時間短，可常溫操作，大大的提高了錳鎳鈷三元正極材料中金屬的浸出效率，成本低廉，操作簡單，具有廣闊的工業化前景。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池正極廢料的處理方法，特別涉及一種通過電化學法從鋰離子電池正極廢料中浸出和回收金屬的方法，屬于二次資源回收利用和循環經濟技術領域。

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，其中鎳鈷錳被認為是戰略金屬，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 MineProduction 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。

目前回收鋰離子電池的方法有干法、濕法和生物浸出法等。干式法工藝相對簡單，不足之處是能耗較高，電解質溶液和電極中其他成分通過燃燒轉變為二氧化碳或其他有害成分。目前研究和應用較多的是濕法處理。濕法是以還原性的無機酸溶液將廢棄電池中的各有價成分浸出后，再以絡合交換法、堿煮一酸溶法、酸溶一萃取一沉淀法等加以回收。濕法所用酸一般為高濃度的鹽酸、硫酸或硝酸，溶液浸出溫度需要在60℃以上，浸出時間需要一個小時以上才能完全浸出。生物浸出技術具有耗能少，成本低等明顯優勢，但也存在浸出時間長(一般要一周左右)、金屬浸出率低的缺點。中國專利(CN104868190A)公開了一種鋰離子電池正極廢料中金屬的浸出方法，具體公開了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。該方法采用有機酸及過氧化氫還原劑，成本較高，過氧化物安全性低，且需要在攪拌及加熱等條件下進行，能耗較大，效率較低，同時產生的廢液較多，不利于環境保護。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供了一種通過電化學還原來高效強化浸出廢棄鋰離子電池正極材料中有用金屬的方法，該方法能大幅度縮短金屬浸出時間，提高金屬浸出效率，而且能耗低、基本無污染。

為了實現上述技術目的，本發明提供了一種基于電化學法從鋰離子電池正極廢料中浸出和回收金屬的方法，該方法是將鋰離子正極廢料粉末壓實制成片狀作為陰極，以惰性電極作為對電極，以含H⁺濃度為0.2～0.6mol/L，且K⁺和/或Na⁺總濃度為0.1～0.5mol/L溶液作為電解液，在直流電壓為0.1～0.6V、電流密度為5～30mA/cm²的條件下，進行電化學還原浸出，得到含金屬離子的電解液。