[發明專利]一種熔鹽電化學法回收鋰電池正極材料中鈷元素的方法

在審

• 申請號: 201810410276.5
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108360022A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 尹華意;曲鑫;寧志強;宋秋實;謝宏偉;周先波
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C25C3/34
• 分類號: C25C3/34;C25C7/02;C22B7/00;C22B23/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

一種熔鹽電化學法回收鋰電池正極材料中鈷元素的方法，屬于過渡金屬元素回收與再利用技術領域。該方法為：1)將鋰電池進行放電拆解，將正極材料粉碎，加入浸出液，50～80℃攪拌10～60min，過濾；2)向濾液中滴加NaOH水溶液，pH為4.7～8時，過濾；向一次濾液中滴加NaOH水溶液，pH為9.2～10.0時，抽濾，得到沉淀，干燥、研磨，壓片，灼燒，得到電極壓片；3)用泡沫鎳包裹氧化鈷電極壓片與鉬絲連接為陰極，石墨棒與不銹鋼絲連接為陽極；4)將熔鹽原料加熱至熔化溫度，陰極和陽極插入熔鹽中，施加電壓，電解后，陰極取出，冷卻，超聲波振蕩清洗，得到鈷。采用本方法回收廢舊鋰電池正極材料中的鈷元素具有低成本、高效，操作簡單的優點。

技術領域

本發明涉及廢舊鋰電池中正極材料中過渡金屬元素回收與再利用技術領域，具體涉及一種熔鹽電化學法回收鋰電池正極材料中鈷元素的方法。

背景技術

與傳統電池技術相比，鋰電池充電更快，使用更持久，因此，鋰離子電池的應用前景十分廣闊。根據相關統計，移動電話使用的電池中鋰離子電池至少占70％以上，2015年全球手機用戶已經超過52億，今后的用戶數量還將繼續擴大，而且隨著平板電腦等高科技產品的問世和普及，鋰離子電池的應用還將具有更大的潛在市場。另外電動汽車的保有量不斷增加，對鋰電池的需求還會持續增長。隨著鋰電池的大量使用，電池的回收刻不容緩。鈷是構成鋰電池正極材料的一種重要稀缺元素，對其進行高效回收利用不但可以避免資源的浪費，同時可以減少其對環境的污染及危害，符合可持續發展的要求。結合全球鈷資源的儲存情況，充分利用鈷資源是電池可持續發展的必需?，F有的在溶液中通過電解回收電池正極材料中的鎳、錳、鈷等金屬元素的工藝方法，在實際操作時會產生大量含有重金屬離子的廢水，對環境造成污染，而在熔鹽環境中實現電解則對環境更加友好。

發明內容

本發明的目的是提供一種熔鹽電化學法回收鋰電池正極材料中鈷元素的方法，將通過回收電池制取的氧化鈷與泡沫鎳集流體包裹與鉬絲連接制成陰極、石墨棒與不銹鋼絲集流體連接制成陽極電解得到金屬鈷，在氯化物或者碳酸熔鹽中，高溫下(具體溫度根據熔鹽組成而定)，施加電壓電解一段時間使氧化鈷被還原得到金屬鈷，將構件提離熔鹽冷卻、水中超聲波震蕩清洗除去鹽、吹干，實現在熔鹽環境中電解、回收鈷。采用本發明的方法回收廢舊鋰電池正極材料中的鈷元素具有低成本、高效，操作簡單的優點。

本發明的一種熔鹽電化學法回收鋰電池正極材料中鈷元素的方法，按以下步驟進行：

步驟1：鋰電池正極材料的溶解

(1)將鋰電池進行放電處理后，進行拆解，分離得到鋰電池正極材料和負極材料；

(2)將鋰電池正極材料粉碎后，加入浸出液，在50～80℃恒溫加熱10～60min，同時伴隨攪拌，得到浸出混合液；

其中，按固液比，鋰電池正極材料：浸出液＝(0.5～1)g:(5～20)mL；

浸出液為摩爾濃度為2～6mol/L的H₂SO₄和體積百分數為20～40％的H₂O₂的混合水溶液，按體積比，摩爾濃度為2～6mol/L H₂SO₄：體積百分數為20～40％的H₂O₂＝(3～5):1；

(3)將浸出混合液進行過濾，得到濾液；

步驟2：氧化鈷電極壓片的制備

(1)向濾液中滴加摩爾濃度為1～3mol/L的NaOH水溶液，當pH值為4.7～8時，有Fe、Al形成的沉淀析出，過濾，去除Fe、Al形成的沉淀，得到一次濾液；

(2)向一次濾液中繼續滴加摩爾濃度為1～3mol/L的NaOH水溶液，當pH值為9.2～10.0時，Co形成的沉淀析出，進行抽濾，得到Co(OH)₂沉淀；