[發明專利]一種利用NCNTs修飾電極聯合微生物浸出鋰電池中鈷的方法

在審

• 申請號: 201810199058.1
• 申請日: 2018-03-12
• 公開（公告）號: CN108390118A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 白建峰;徐丹丹;顧衛華;毛少華;周楠;黃慶;張承龍;王景偉
• 申請（專利權）人: 上海第二工業大學
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 王潔平

本發明公開了一種利用NCNTs修飾電極聯合微生物浸出鋰電池中鈷的方法。具體步驟如下：將拆解鋰電池獲得的鈷酸鋰正極材料煅燒、研磨，獲得正極粉末；將NCNTs修飾電極和碳布陽極相連接形成的電池體系放入反應容器中，在初始pH值為1.0~2.5的條件下，接入經過馴化處理的A.f菌株，并于29~31℃的溫度，120~140 r/min的轉速下，在反應器中培養6~8天，實現正極粉末中鈷的浸出。本發明的有益效果在于：NCNTs修飾電極對A.f菌浸出有催化作用，鈷的浸出率高；電極重復利用試驗表明NCNTs修飾電極具有良好的重復利用性能。

技術領域

本發明屬于電子廢棄物處理技術領域，具體的說，涉及一種利用NCNTs修飾電極聯合微生物浸出鋰電池中鈷的方法。

背景技術

相比于鎳鎘、鎳氫或鉛酸等二次電池，鋰離子具有無自放電、工作電壓高、允許工作范圍寬、壽命長等優點，目前已成為小型電子設備的電池核心部件。鈷酸鋰作為鋰離子電池常用的正極材料廣泛運用于手機、筆記本電腦等便攜式電子電器產品。正極材料中的鈷鎳等有毒金屬氧化物如果進入到生態系統，對生態環境和人體健康造成嚴重危害；鈷產品是我國863計劃鼓勵發展的高科技新材料，大量應用于鋰電池行業，中國鈷礦資源不多，無獨立鈷礦床，主要伴生在鐵、銅、鎳等礦床中，開發難度大；因此高效回收報廢鋰離子電池具有重要的環境意義，符合資源循環利用和經濟可持續發展的重要理念。

鋰離子電池用材料中的負極、電解質、溶劑、隔膜、添加劑和軟包封裝材料等高能物質或有機物，報廢的鋰離子電池仍殘存一定的電量，一旦處理不當，發生擠壓、燃燒、短路、爆炸等安全事故，可能泄露有毒物質，對人員和環境造成危害，因此使電池失活是回收處理廢電池的重要前提。目前鋰離子資源化主要集中在對正極材料中有價金屬鈷、鋰、鎳等進行回收，主要技術包括濕法、火法和微生物法。

火法主要是指廢舊電池破碎后于回轉窯中高溫煅燒，去除電極材料表面的粘合劑和乙炔黑等雜質，使電池中的金屬及其化合物氧化、還原并分解，在其以蒸汽的狀態揮發后，再以冷凝的方式收集起來，以此來實現電池中各材料的分離和金屬的回收。火法需要高溫加熱，能有效去除粘合劑等雜質；但是能耗大，粘合劑等其他雜質高溫燃燒會轉變成成有毒氣體易造成大氣污染。

濕法一般是通過適當的溶劑（強酸、強堿等）進行溶解，然后采用化學沉淀、電沉積、萃取等方法分離獲得相應的金屬及金屬化合物。濕法處理勢必會用到大量的酸、堿、有機溶劑，回收工藝復雜，易腐蝕設備，提高成本；酸浸過程會產生大量的有毒有害氣體，如二惡英、NO_x、SO₂、Cl₂ 等以及大量含酸和堿的廢水，造成二次污染。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種利用NCNTs修飾電極聯合微生物浸出鋰電池中鈷的方法。本發明方法反應條件溫和，鈷浸出率高。

本發明采用微生物-電化學-催化劑相結合的方式回收鋰離子電池中有價金屬。將氮摻雜碳納米管（NCNTs）、異丙醇、Nafion混合成的催化劑，均勻的修飾在碳布表面制成NCNTs修飾電極，與馴化好的A.f菌一起添加到浸出體系，進行鋰電池中鈷的浸出。氮摻雜能活化CNTs的表面，電子親和力強的氮原子可作為額外的成核位點，減小擴散電阻和電子傳輸電阻。

本發明的技術方案具體介紹如下。

一種利用NCNTs修飾電極聯合微生物生物浸出鋰電池中鈷的方法，具體步驟如下：

（1）將拆解鋰電池獲得的鈷酸鋰正極材料煅燒、研磨，獲得正極粉末；