[發明專利]一種多流程高效協同的退役鋰離子電池正極材料回收方法

有效

• 申請號: 202010660636.4
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111786008B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 張光文;何亞群;袁雪;王海鋒;張濤;謝衛寧
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/54;C01D15/08;H01M4/13
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種多流程高效協同的退役鋰離子電池正極材料回收方法，其特征在于步驟如下：

將退役鋰離子電池的正極片至于熱解爐中，并充滿惰性氣體，首先進行低溫熱解脫除正極片內部殘留的電解液，然后高溫熱解脫除有機粘結劑并以熱解產物作為還原助劑實現正極片的電極材料中高價態金屬熱還原，將電極材料中的有機粘結劑熱解產物和熱解氣體產物分離出來，獲得熱解后電極材料，實現有機質脫除與電極材料中高價態過渡金屬還原的高效協同；

利用水力沖擊將熱解后電極材料粉碎獲得破碎后的電極材料；

對破碎后的電極材料進行濕式篩分脫除粗粒級電池集流體，并真空抽濾分別獲得細粒級電極材料粉體與含鋰水溶液；

細粒級電極材料粉體進行真空干燥處理，在含鋰水溶液中添加碳酸鹽進行鋰離子沉淀，最終獲得碳酸鋰產品；

對干燥后的細粒級電極材料進行無還原劑酸浸，通過真空抽濾處理實現冶金殘渣和金屬離子溶液的分離，對金屬離子溶液進行萃取實現不同金屬離子的純化回收；具體步驟如下：

S1、將退役鋰離子電池進行放電并手工拆解處理獲得正極片，所述退役鋰離子電池包含三元鋰電極材料、二元鋰電極材料、鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰，拆解獲得的電極片無需預先進行破碎、干燥、拆解，直接將電極片進行熱處理操作；然后對正極片進行還原熱處理：首先在惰性氣體環境下對正極片低溫熱處理脫除殘留電解液形成電極材料，熱處理脫除殘留電解液需在惰性氣體氛圍中進行的低溫熱處理，溫度在100-150℃之間，恒溫熱處理15-30min，并通過冷凝法對電解液進行回收；然后提升熱解溫度達到高溫熱解溫度，實現有機粘結劑熱解并同步實現電極材料中的高價態過渡金屬的熱還原；所述的高溫熱解為脫除殘留電解后的電極片在惰性氣體氛圍中提升熱解溫度至600℃熱處理30 min，在此過程中電極材料中的有機粘結劑熱分解，并通過冷凝法對有機粘結劑熱解產物進行回收，在此過程中以有機質熱解產物作為還原助劑同步實現電極材料中高價態過渡金屬元素熱還原，還原助劑為熱解過程產生的炭以及添加劑炭黑；通過熱還原打破電極材料中各元素之間原始化學鍵，電極片材料中粘結劑的脫除弱化了電極材料與集流體之間以及電極材料顆粒之間的粘附作用力，此過程實現了有機質脫除與電極材料中高價態過渡金屬還原的高效協同；

S2、對還原熱處理后的電極片在2500rpm轉速條件下進行水力沖擊破碎處理1 min，在轉速2500 rpm條件下，實現電極材料與集流體之間以及電極材料顆粒之間的高效解離，并濕式破碎可有效避免破碎過程細粒級電極材料以粉塵形式損失，獲得破碎后的電極材料與電池集流體混合物，通過水力沖擊作用在最大限度保留集流體原始尺寸的條件下實現電極材料與集流體之間以及電極材料顆粒之間的高效解離，強化了集流體與電極材料之間的選擇破碎性差異，并同步實現熱還原產物：水溶性鋰鹽的水浸過程，此過程實現了電極材料高效解離與鋰元素分離提純的高效協同；

S3、將水力破碎后的產物以45 μm篩網作為篩分標準進行濕式篩分，實現細粒級電極材料與粗粒級集流體的高效分離，并利用真空抽濾將細粒級電極材料粉體與含鋰水溶液分離開，最后將分離出的細粒級電極材料粉體進行真空干燥處理，在含鋰水溶液中添加碳酸鹽進行鋰離子沉淀，最終獲得碳酸鋰產品；

S4、對干燥后的細粒級電極材料采用2 mol/L的稀硫酸進行酸浸處理，此過程中無需高價態金屬離子還原預處理和還原劑，最終實現電極材料粉末中鎳、鈷、錳有價金屬的離子化，利用真空抽濾分離金屬離子溶液與冶金殘渣，最后通過萃取法實現不同金屬離子的分離與純化。

2.根據權利要求1所述的一種多流程高效協同的退役鋰離子電池正極材料回收方法，其特征在于：所述酸浸處理使用還原性酸或無還原性酸均可。