[發明專利]一種廢舊鋰電池中有價金屬浸出體系及浸出方法

有效

• 申請號: 201711009072.2
• 申請日: 2017-10-25
• 公開（公告）號: CN107863583B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 王云燕;柯勇;王天宇;湯依偉;閔小波;柴立元;劉恢;萬承平;梁彥杰
• 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;C22B7/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 袁靖

本發明屬于廢舊電池資源回收領域，公開了一種廢舊鋰電池中有價金屬浸出體系及浸出方法。所述的浸出方法，具體是將氨基磺酸?葡萄糖浸出劑預熱后，加入正極粉料，在反應釜中進行攪拌浸出。Co(III)、Mn(IV)被還原為Co(II)、Mn(II)，與Li⁺、Ni²⁺一起溶入浸出液。廢舊電池正極粉料中鋰、鈷、鎳、錳浸出率可達95％以上。浸出液進一步處理后，可實現其中Li、Co、Ni、Mn的回收或再利用。本發明所述的浸出體系與傳統的浸出體系相比，綠色環保、浸出過程安全可控，工業化應用前景較好。

技術領域

本發明屬于廢舊電池資源回收領域，具體涉及到一種廢舊鋰離子電池中鋰、鈷、鎳、錳等有價金屬高效浸出體系及浸出方法。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、低自放電率、無記憶效應、工作電壓高等特點，作為便攜式電子產品和新能源汽車的關鍵零部件應用廣泛，然而其也是一種消耗品。至2015年，中國鋰電池的年消耗量已經達到60億只，且年消耗量呈指數增長的態勢。據預測，到2020年我國動力鋰離子電池的報廢量將達50萬噸。

廢舊鋰電池中含有鋰、鈷、錳、鎳等有價金屬，屬于“二次資源”。常見的廢舊鋰電池中鋰、鈷、錳、鎳含量分別可達2～7％、5～20％、5～7％、5～10％，具體因材料的類型和制造工藝不同而有所差別。廢舊鋰電池若處置不當，如直接丟棄或當作普通的固體廢棄物進行填埋，不僅會造成重金屬污染，而且也是一種資源浪費。有數據顯示，若廢舊鋰電池能得以充分回收，每年可回收鈷240噸，價值可達4000萬元以上；若廢棄在土地上，1個20克的手機電池可使1平方公里土地污染50年左右。可見，廢舊鋰電池的回收利用，既是出于環保需求，又符合循環經濟的理念和可持續發展的需求。

廢舊電池經拆解、破碎等預處理后，正極粉料中有價金屬回收方法主要有火法冶金、濕法冶金、生物浸出等。火法冶金能耗高，處理過程中會損失很多有價成分，且產生有毒有害氣體；生物浸出處理周期長，菌種的培養困難，且處理效果不佳；濕法冶金方法廣泛應用于分離、回收鋰電池中的有價成分，存在處理效率高、運行可靠、不產生有毒有害氣體、能耗低等優點。

浸出過程為濕法回收的關鍵步驟。傳統的浸出過程主要以無機酸，如鹽酸、硫酸、硝酸等為浸出劑，浸出過程中會釋放Cl₂、SO₃、NO_x等有害氣體，污染環境、危害人類健康。近年來，有機酸逐步代替無機強酸，成為新的研究熱點。如檸檬酸、蘋果酸、草酸、琥珀酸、酒石酸、抗壞血酸等有機酸，多從植物或食物中提取，浸出過程中不會產生污酸，且可循環使用。

廢舊鋰電池正極粉料中存在高價態的過渡金屬Co(III)、Mn(IV)，通常需要加入還原劑將其還原為低價的Co²⁺、Mn²⁺才可溶出。目前，應用最為廣泛的還原劑為雙氧水，其既不污染環境也不引入雜質離子。但雙氧水不穩定，在加熱浸出過程中容易分解、還原反應劇烈、釋放氧氣，會引起浸出液飛濺，導致雙氧水利用率不高、浸出過程可控性不強。也有以NaHSO₃或Na₂SO₃作為還原劑，但反應過程中容易釋放出SO₂氣體，造成大氣污染。綜上，浸出酸和還原劑的選擇是廢舊鋰電池中有價金屬濕法回收過程中極為重要的環節。

氨基磺酸分子式NH₂SO₃H，別名固體硫酸，是磺酸類的有機酸，其水溶液具有與鹽酸、硫酸等無機強酸同等的強酸性，它具有不揮發、無臭味和對人體毒性極小的特點。因此，氨基磺酸可替代無機酸作為浸出劑。此外，由于氨基磺酸為固體，其包裝、貯存及運輸都較硫酸、鹽酸等方便。葡萄糖是自然界分布最廣且最為重要的一種單糖，其分子中的醛基具有還原性，可將高價態的過渡金屬還原為低價態，而自身卻被氧化為相應的小分子有機酸，如葡萄糖酸、酒石酸、甲酸等，可進一步強化金屬的浸出。