[發明專利]一種從廢舊鋰離子電池正極材料中選擇性分離鋰的方法

在審

• 申請號: 201710537314.9
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107978814A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 孫峙;楊勇霞;林曉;曹宏斌;張懿
• 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;C22B7/00;C22B26/12
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟

技術領域

本發明屬于鋰離子電池回收技術領域，尤其涉及一種廢舊鋰離子電池正極材料的選擇性分離方法。

背景技術

隨著鋰離子電池在手機，筆記本電腦，數碼設備，電動汽車，智能電網中的廣泛應用，加之鋰離子電池壽命一般為三年左右，電子產品更新換代比較快，每年會產生大量廢舊鋰離子電池；此外，生產過程中也會產生生產廢料。這些數量龐大的報廢鋰離子電池，會造成相當大的環境污染壓力。若廢舊鋰離子電池被隨意丟棄在環境中，有害物質就會進入土壤和水體，造成污染，并通過食物鏈最終進入人體和動物體內。另外從循環經濟角度來講，鋰離子電池中含有鈷、錳、鎳、鋰、銅、鋁、鐵等寶貴的金屬資源。

因此從廢舊鋰電池中回收利用金屬，既可以保護環境，又可以避免資源的浪費。

廢舊鋰離子電池進行放電，拆解等預處理之后，得到包括活性物質和鋁箔集流體的正極廢料。對于正極廢料的處理過程有干法焚燒，濕法冶金處理，生物處理等技術。干法焚燒，能耗大，產生有害廢氣，易造成二次污染。生物處理技術不成熟。濕法冶金用于鋰離子正極廢料中金屬的回收，能耗低，污染少，金屬回收率高，越來越受到人們的關注。

目前，對于鋰離子電池正極廢料的回收也有一些報道，CN 101818251A公開了一種從廢鋰離子電池回收鈷和鋰的方法，將電池放電、拆解，正極片堿洗除去鋁箔得到正極粉末，配鈉鹽和鉀鹽高溫焙燒，接著水浸出，浸出液經沉鈷和沉鋰獲得草酸鈷碳酸鋰，上述方法缺點是：高溫焙燒，能耗高，堿金屬鹽腐蝕耐火材料，流程長。CN 106129511A發明了一種從廢舊鋰離子電池回收有價金屬的方法，將電池電池正材料與還原劑高溫焙燒，焙燒產物用二氧化碳化的水浸出，得到碳酸氫鋰溶液，制備碳酸鋰；水浸出渣采用氧化酸浸或氧化銨浸浸出有價金屬，最后萃取凈化得到金屬產品。該法高溫焙燒，能耗高，先還原后氧化流程長，不適合大規模生處理鋰離子廢舊電池。CN 105907989A公開了一種從廢舊鋰電池中回收鈷和鋰的方法，該法采用高溫焙燒去除鋁箔，用硫酸和硫代硫酸鈉在超聲條件下進行浸出，用萃取劑萃鈷，萃余液通二氧化碳制備碳酸鋰。該法使用高溫焙燒，能耗高，并且制備流程繁瑣，不適宜用于大規模生產。

鋰離子電池正極材料中，鋰相對于其它金屬含量偏低，而且結構穩定。在電池充電過程中，正極材料中的鋰脫出，釋放電子，正極材料中的其它金屬離子發生氧化反應失去電子，此時的正極材料也非常穩定。基于此，一種思路是選擇具有氧化作用的添加劑，將廢舊鋰離子電池正極片與含有添加劑的酸性或堿性溶液進行反應，以達到更好的回收效果。

CN 105789724A公開了一種廢鋰離子電池的處理方法，該法將廢鋰離子電池經過一系列處理得到粉體，將粉體放入堿液中進行堿轉溶解回收鋁，再把過濾得到沉淀物用酸液+雙氧水溶解形成混合溶液，然后用堿調pH去除鐵及鋁雜質，之后使用逆流多級協同萃取得到鋰鹽萃余液、鎳鈷鋰、鎳鈷或者鎳鈷錳混合鹽，通過酸反萃取得到鈷鹽，再經過處理制備新型正極材料。該專利的缺點是流程長，鋰提取選擇性差。

總之，到目前為止國內外公開的許多廢舊鋰離子電池處理的專利或研究成果，還沒有一種能夠實現鋰離子電池正極廢料短流程、低成本、選擇性回收金屬的技術。所以本領域亟需要開發一種短流程高選擇性地從廢舊鋰離子電池中提取鋰，以實現資源經濟節約化的方法。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種從廢舊鋰離子電池正極材料中選擇性分離鋰的方法，能夠解決現有的廢舊鋰離子電池正極材料回收流程長、回收過程產生二次污染、不能選擇性分離等問題。

為達到此目的，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種從廢舊鋰離子電池正極材料選擇性分離鋰的方法，所述方法為：

(1)將廢舊鋰離子電池正極片與分離液進行反應，且反應體系中加入氧化性添加劑和/或通入氧化性氣體，使廢舊鋰離子電池正極材料中的Li-O鍵破壞，鋰選擇性地進入溶液，而除鋰之外的其他金屬廢渣和鋁箔留于固體渣；

(2)固液分離，得到富鋰溶液和固體渣；

其中，分離液為pH在3以上的酸性溶液，或者pH在10以下的堿性溶液。

本發明中，所述“加入氧化性添加劑和/或通入氧化性氣體”指：可以只加入氧化性添加劑，也可以只通入氧化性氣體，還可以既加入氧化性添加劑又通入氧化性氣體。

本發明中，所述pH在3以上的酸性溶液，pH例如3、3.2、3.5、4、4.5、5、5.5、6或6.5等。若pH值小于3，會導致金屬鋁的溶解，進而使鋰的選擇性變差。