[發(fā)明專利]一種廢舊鎳鈷錳酸鋰三元正極材料再生的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810872569.5
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN109065996B
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發(fā)明（設計）人: 周濤;莊璐琪;孫琮皓
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54;H01M4/505;H01M4/525;B09B3/00;C22B7/00
• 代理公司: 43114 長沙市融智專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 張偉;魏娟

本發(fā)明公開了一種廢舊鎳鈷錳酸鋰三元正極材料再生的方法。該方法是將廢舊鎳鈷錳酸鋰三元正極材料采用磷酸?檸檬酸混酸溶液浸出，得到浸出液；浸出液通過鎳鹽、鈷鹽和錳鹽調(diào)節(jié)其金屬離子比例后，添加至草酸溶液中進行共沉淀反應，所得沉淀經(jīng)過預煅燒得到鎳鈷錳氧化物，再與鋰源通過研磨混合后，煅燒，即得再生鎳鈷錳酸鋰三元正極材料；該方法采用混酸浸出過程，酸耗小，浸出時間短，成本低，對環(huán)境影響小，并且無需添加還原劑，工藝簡單；且混酸浸出液直接用于合成三元正極材料，避免了現(xiàn)有技術(shù)中對浸出液中各種金屬進行分離提純的復雜流程，實現(xiàn)了金屬的閉環(huán)循環(huán)利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種廢棄鋰離子電池鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的回收方法，特別涉及一種廢舊鋰離子電池鎳鈷錳酸鋰三元正極廢料通過混酸浸出、共結(jié)晶沉淀及高溫固相反應實現(xiàn)再生的方法，屬于二次資源回收利用和循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著便攜式電子設備和電動汽車的發(fā)展和普及，鋰離子電池的使用急劇增加，同時產(chǎn)生了大量的鋰離子電池固體廢物。研究表明，到2020年中國廢棄的鋰離子電池將達到250億只，其質(zhì)量將達到50萬噸。由于鋰離子電池中重金屬和有毒電解質(zhì)含量高，對廢鋰離子電池的不當處理將帶來嚴重的環(huán)境污染，并威脅人類健康。同時，廢鋰離子電池含有大量的有價金屬，包括Li、Ni、Co、Al和Cu。因此，從廢舊鋰離子電池中回收有價金屬，特別是來源有限的有價金屬，從經(jīng)濟和環(huán)境保護的角度來看是一個非常值得關(guān)注的問題。

目前，鋰離子電池的回收方法主要包括了火法冶金方法、濕法冶金方法和生物冶金的方法。濕法冶金工藝，由于其金屬回收率高，純度高，能耗低等優(yōu)點被廣泛使用。一般來說，回收過程主要包括預處理，正極活性物質(zhì)的浸出和浸出液中金屬的提取。因此，如何高效環(huán)保地回收金屬成為回收的關(guān)鍵。對于金屬浸出過程，單酸浸出系統(tǒng)應用比較廣泛，混酸浸出系統(tǒng)缺乏系統(tǒng)上、理論上的研究。傳統(tǒng)單酸浸出以無機酸或有機酸為浸出劑，這種工藝存在酸耗大，浸出時間長的缺點。并且由于鎳鈷錳酸鋰三元正極材料中鎳、鈷、錳處于高價態(tài)，在酸溶液中不容易浸出，此浸出工藝還需要添加相應的還原劑將高價態(tài)的金屬還原成低價態(tài)，促進鎳鈷錳的浸出，常用的還原劑為H₂O₂。對于金屬分離回收過程，正極廢料浸出后通常采用沉淀法、溶劑萃取法、結(jié)晶法分離回收浸出液中的金屬，沒有實現(xiàn)正極廢料中金屬組分的閉環(huán)循環(huán)，并且存在二次污染嚴重、產(chǎn)品不純、回收工藝復雜、回收成本高等缺點。

發(fā)明內(nèi)容

現(xiàn)有技術(shù)在回收鋰離子電池正極材料過程中采用傳統(tǒng)浸出結(jié)合傳統(tǒng)金屬分離回收工藝，傳統(tǒng)浸出工藝采用單一酸浸出，采用單一無機酸浸出時，其二次污染嚴重，采用單一有機酸酸浸出時，價格昂貴，且兩種浸出方式都存在酸耗大，浸出時間長，還需要額外加入還原劑等缺點；傳統(tǒng)金屬分離工藝，存在回收過程復雜、效率低、產(chǎn)品不純，且伴隨二次污染，難以將有價金屬綜合回收。本發(fā)明的目的是在于提供了一種混酸浸出廢舊鎳鈷錳酸鋰三元正極材料并且直接利用浸出液合成鎳鈷錳酸鋰三元正極材料的方法，該方法采用的磷酸-檸檬酸混酸體系具有協(xié)同浸出效應，浸出效果明顯優(yōu)于單一酸的作用結(jié)果，能夠明顯降低酸耗，大大縮短浸出時間，節(jié)約成本，整個體系對環(huán)境的影響較小。由于混酸浸出劑中的檸檬酸本身具有還原性，能將鎳鈷錳酸鋰中高價態(tài)的鎳，鈷，錳還原成低價態(tài)，促進各種金屬在酸性溶液中的浸出效率，故整個浸出過程無需額外加入還原劑；同時，混酸浸出液無需金屬分離，直接用于三元正極材料合成，實現(xiàn)三元正極材料中鎳、鈷、錳等閉路循環(huán)，操作簡單，處理成本低，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明提供了一種廢舊鎳鈷錳酸鋰三元正極材料再生的方法，其包括以下步驟：

1)將廢舊鎳鈷錳酸鋰三元正極材料采用磷酸-檸檬酸混酸溶液浸出，得到浸出液；

2)所述浸出液通過鎳鹽、鈷鹽和錳鹽調(diào)節(jié)其鎳離子、鈷離子和錳離子的摩爾比例滿足鎳鈷錳酸鋰三元正極材料中鎳、鈷和錳的元素摩爾比例要求后，添加至草酸溶液中進行共沉淀反應，得到鎳鈷錳草酸鹽；