[發(fā)明專利]一種從廢棄鋰離子電池中直接再生高純度碳酸鋰的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811337738.1
• 申請日: 2018-11-12
• 公開（公告）號: CN109437253B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李金惠;王萌萌;譚全銀;劉麗麗
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: C01D15/08
• 分類號: C01D15/08;H01M10/54
• 代理公司: 11225 北京金信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張皓;嚴彩霞<國際申請>=<國際公布>=

本發(fā)明公開了一種從廢棄鋰離子電池中直接再生高純度碳酸鋰的方法，包括以下步驟：(1)粉碎處理廢棄鋰離子電池拆解后得到含鋰正極材料顆粒；(2)將步驟(1)得到的含鋰正極材料顆粒、固態(tài)干冰和氧化鋯磨球放于氧化鋯球磨罐中進行機械化學反應(yīng)；(3)用去離子水作為溶劑進行溶解，然后蒸發(fā)結(jié)晶得到高純度的碳酸鋰產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明的方法適應(yīng)于不同來源、不同類型的廢棄鋰離子電池。工藝簡單，利用廉價、可再生、無腐蝕性的固態(tài)干冰為共磨試劑，避免酸、堿等腐蝕性試劑的使用，碳酸鋰的回收率可以達到90wt％以上。整個工藝實現(xiàn)了閉環(huán)循環(huán)生產(chǎn)，因此具有可觀的經(jīng)濟效益，具有潛在的工業(yè)化應(yīng)用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種從廢棄鋰離子電池中直接再生高純度碳酸鋰的方法，該 方法可將不同類別的廢棄鋰離子電池正極材料中的鋰直接轉(zhuǎn)化為高純度碳酸 鋰產(chǎn)品，屬于環(huán)境保護與資源綜合利用領(lǐng)域的固體廢棄物資源化新技術(shù)。

背景技術(shù)

動力鋰離子電池具有能量密度高、產(chǎn)品質(zhì)量輕、循環(huán)壽命長、充放電性 能好、無污染等諸多優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用在便攜式電子電器產(chǎn)品、新能源汽 車以及儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域。

雖然全球鋰資源礦產(chǎn)儲量豐富，但是，受限于各種鋰礦的資源凜賦狀態(tài)、 分布均勻性及開發(fā)提取技術(shù)水平的限制，目前鋰資源的供需矛盾仍然十分突 出，由此導致鋰的價格居高不下。近年來，隨著電動汽車和大規(guī)模儲能市場 的快速發(fā)展，預(yù)計動力電池的報廢量也會出現(xiàn)快速增長的趨勢。車用動力鋰 電池的容量衰減至80％以下時就會被廢棄，實際使用時間約為3～6年。首批 在2012～2014年間裝車的動力電池將會在2018年前后出現(xiàn)大規(guī)模退役，由 此產(chǎn)生的廢棄鋰電池的數(shù)量必將呈現(xiàn)爆炸式的上漲。廢棄鋰電池中不僅含有高品位的鋰，還含有數(shù)量不菲的鈷、鎳、錳、銅、鋁等有色金屬元素以及六 氟磷酸鋰、聚偏氟乙烯等有毒有害物質(zhì)，對其進行資源化回收和無害化處理 不僅可回收鋰，滿足鋰資源的供需缺口，還可以消除潛在環(huán)境隱患和減輕環(huán) 境負荷，達到一石二鳥的目的。

目前廢棄鋰電池正極材料(鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和鎳鈷錳三元材料 等)中有價金屬的回收工藝主要有火法冶金和濕法冶金兩種。火法冶金是將廢 棄鋰電池直接高溫煅燒，燒掉有機物后得到金屬合金，但是由于高溫熔融溫 度過高及導電劑炭黑的存在，易造成鋰的揮發(fā)及損失。濕法冶金工藝具有設(shè) 備要求低、工藝簡單、操作方便、金屬回收率相對較高等優(yōu)點，值得推廣應(yīng) 用。但由于鋰與其他金屬結(jié)合緊密，其高效分離回收往往需要酸或堿浸出、 溶劑多級萃取以及化學沉淀等多步聯(lián)合工藝才能徹底實現(xiàn)。在鋰向高價值化學品轉(zhuǎn)化過程中雜質(zhì)金屬離子的存在將會極大地影響終端產(chǎn)品品質(zhì)，同時還 會釋放或排放污染環(huán)境的廢氣、含酸/堿以及金屬離子的廢水和廢液等。

深圳先進技術(shù)研究院的張哲鳴等發(fā)明了一種廢棄鈷酸鋰電池的正極材料 回收利用方法(專利申請?zhí)?01511020409.0)，其步驟主要為將廢棄鈷酸鋰電 池手工拆解后得到正極材料，以硫酸和雙氧水為浸出試劑，以碳酸鈉為沉淀 劑，得到碳酸鋰產(chǎn)品，該發(fā)明在反應(yīng)過程中通過超聲波的震蕩作用，大大的 縮短了反應(yīng)時間，提高了反應(yīng)效率和金屬鋰、鈷的回收率，但硫酸等腐蝕性 試劑的使用易造成環(huán)境污染。滄州銳星化學科技有限公司發(fā)明了一種從含鋰 電池中回收鋰的方法(專利申請?zhí)?01611085463.8)，在對電池進行機械破碎 后，經(jīng)熱處理將集流體和活性物質(zhì)分離，然后將干燥后的活性物質(zhì)用硫酸和 雙氧水溶解，過濾后將濾液與密封料罐中的溶液混合，對混合溶液進行減壓 真空精餾除去有機溶劑后，加入碳酸鈉固體沉淀后重結(jié)晶，即得碳酸鋰。但 是該方法仍然采用了腐蝕性的硫酸作為浸出反應(yīng)試劑，且消耗了大量的雙氧 水和碳酸鈉作為化學反應(yīng)試劑。

綜上所述，火法冶金回收廢棄鋰電池中的有價金屬，生產(chǎn)過程中能耗高， 且污染性氣體排放的風險較大，造成回收成本的高居不下；濕法冶金存在消 耗大量酸堿、分離過程中金屬流失嚴重、后續(xù)廢液難以處置、環(huán)境負荷大等 問題。因此，在廢棄鋰電池有價金屬回收過程中，研發(fā)成本低、無二次污染、 資源回收率高的相關(guān)工藝與技術(shù)，是值得關(guān)注的問題。

發(fā)明內(nèi)容