[發明專利]一種利用廢舊三元鋰電池制備正極材料前驅體的方法

有效

• 申請號: 201811045199.4
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109193057B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 林艷;段建國;張英杰;寧培超;崔焱;董鵬;徐明麗;王丁
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54;C22B7/00
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發明提供了一種利用廢舊三元鋰電池制備正極材料前驅體的方法，采用第一段浸出為加壓氨浸出，實現鋰、鎳、鈷的同時回收；第二段浸出為常壓酸浸，實現摻雜金屬（錳或鋁）的回收。本發明實現廢舊三元正極材料的低成本、短流程回收再利用，其中加壓氨浸工序鎳、鈷、鋰等有價金屬的綜合浸出率達到92%，兩段浸出實現廢舊三元正極材料鎳、鈷、鋰、錳、鋁等有價金屬綜合回收率達到95%以上，氨和浸出酸實現閉路循環，再生制備的三元正極材料前驅體可以滿足不同系列三元正極材料制備需求，具有良好的工業應用前景。

技術領域

本發明涉及廢舊三元鋰電池回收技術領域，尤其涉及一種利用廢舊三元鋰電池制備正極材料前驅體的方法。

背景技術

隨著電動汽車和儲能領域的快速發展，鋰電池需求及產量激增，廢舊電池數量急劇攀升。有研究預計，到2020年動力鋰電池報廢量將達32.2Gwh，約50萬噸，到2023年，報廢量將達到101Gwh，約116萬噸。三元鋰離子電池因性能優良，已成為當前鋰離子電池的主流技術，2017年其市場份額達到44.71%，預計未來將成為廢舊電池的主要組成。三元鋰離子電池中通常含鈷 5%～20%、 鎳 5%～10%、 鋰 5%～7%、有機溶劑 15%、塑料 7%。因此，數量龐大的廢舊三元鋰電池材料蘊含豐富的鋰、鎳、鈷等有價元素，潛在資源量巨大，回收經濟價值高，系統開展廢舊三元鋰電池材料的回收及再生技術，將有助于防治廢舊電池污染、緩解鎳鈷鋰資源短缺壓力，促進我國鋰電池產業的良性發展。

目前，廢舊鋰離子電池正極材料回收方法主要有：火法、濕法、生物浸出法?；鸱ㄌ幚砉に囕^簡單，但能耗高，產生大量廢氣。研究和應用最多的是濕法處理，主要通過無機酸或有機酸來浸出金屬，采用無機酸（HCl、H2SO4、HNO3等）等作為浸出劑，浸出效率高，處理量大，但會產生有毒有害氣體(Cl2、SO2、NO2)等，殘留的酸性廢液難于處理，會帶來二次污染；采用有機酸（檸檬酸、草酸、抗壞血酸、葡萄酸等）作為浸出劑，成本相對較高，但有機酸對三元系鋰離子動力電池的處理效果好，酸性廢液的 pH 低，易于后續處理回收。但后續鎳鈷錳分離工序較為復雜，增加了回收成本。生物浸出法效率高、成本低、環保，但細菌較難培養，浸出周期長而且浸出率較低，這限制了其工業化進程。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種利用廢舊三元鋰電池制備正極材料前驅體的方法，旨在解決現有廢舊三元鋰電池中正極材料回收效率低的問題。

本發明的技術方案如下：

一種利用廢舊三元鋰電池制備正極材料前驅體的方法，其中，包括步驟：

將從廢舊三元鋰電池上拆分出的正極放入堿溶液中，剝離得到廢舊三元鋰電池正極材料；

對所述廢舊三元鋰電池正極材料進行干燥、煅燒處理，將處理后的廢舊三元鋰電池正極材料進行研磨，得到粉料；

將所述粉料、銨鹽和氨水的混合液以及還原劑加入到高壓應釜中，在預定壓力下進行浸出反應;

對反應產物進行分離，得到混合有鋰、鎳、鈷的銨絡合溶液以及含有金屬錳或鋁的濾渣；

將所述含有金屬錳或鋁的濾渣與還原劑以及酸溶液相混合，過濾得到含有錳鹽或鋁鹽溶液，再向所述錳鹽或鋁鹽溶液中加入氨水得到錳或鋁銨的絡合溶液；

將所述混合有鋰、鎳、鈷的銨絡合溶液、所述錳或鋁銨的絡合溶液以及堿溶液加入到沉淀反應釜中，通入保護性氣體進行蒸氨操作，得到正極材料前驅體。

所述的利用廢舊三元鋰電池制備正極材料前驅體的方法，其中，所述堿溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣中的任一種所形成的溶液。

所述的利用廢舊三元鋰電池制備正極材料前驅體的方法，其中，所述粉料的粒徑為200~500目。