[發明專利]一種回收廢舊鋰離子電池有價金屬及再生三元正極材料的方法

有效

• 申請號: 202011003908.X
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112194201B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 張娟;趙明才;汪煒
• 申請（專利權）人: 江蘇載馳科技股份有限公司
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;H01M10/54;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京新慧恒誠知識產權代理有限公司 32424
• 代理人: 鄧唯

本發明提供一種回收廢舊鋰離子電池有價金屬及再生三元正極材料的方法，包括以下步驟：將廢舊鋰離子電池放電、拆解、除雜得到正極片，通過高溫去除正極片中的導電劑和粘結劑得到廢舊三元正極材料；再生路線一可以分別通過添加還原劑的有機酸或者低共熔溶劑中浸出有價金屬離子、采用海藻酸鈉溶液交聯金屬離子形成具有三維網狀結構的“蛋?盒結構”的凝膠、煅燒后得到再生三元正極材料，再生路線二通過球磨納米化利于鋰離子進入顆粒內部進行補鋰、凝膠修補凹凸不平的表面、煅燒后得到再生三元正極材料。兩種再生路線操作簡單易行，避免了有價金屬離子的分離提純等步驟，方法新穎，成本低，易于實現工業化，并且所制備的材料具有優異的電化學性能。

技術領域

本發明涉及一種回收廢舊鋰離子電池有價金屬及再生三元正極材料的方法，屬于廢舊鋰離子電池的回收和再生技術領域。

背景技術

在鋰離子電池中，尤其是車用動力電池成本結構中，材料成本占比接近75%。而材料成本中，正極材料占比達到41%。我國NCM三元正極材料的市場規模市場呈現快速增長，2018年我國NCM三元正極材料的市場規模達230億元，同比增長33.72%。我國NCM三元正極材料的市場規模市場呈現快速增長，主要受益于國內車用動力電池、3C電池的低鈷化、電動工具、電動自行車等應用市場的快速發展，帶動了NCM三元正極材料市場需求的持續增長。預計2022年中國NCM三元正極材料的市場規模將突破600億元。但是隨之而來的是廢舊三元鋰離子電池出現了爆發式增長，因此，回收三元鋰離子電池電極材料成了電池行業新的關注熱點。對于廢舊鋰離子電池在回收利用時，目前很難對不同種類的正極材料加以分類，拆解分選后得到的廢舊正極往往包含多種正極材料，浸出液會包含鎳、鈷、錳和鋰等有價金屬，鎳、鈷、錳已經占到正極材料成本的90%，這些金屬開采困難，我國資源儲量少，鈷資源95％依賴進口，70％鋰礦為進口，綠色高效回收廢舊鋰離子電池中的有價金屬，不僅帶來可觀的經濟效益及社會效益，還可有效地緩解我國鈷、鋰等資源的短缺。

目前，廢舊鋰離子電池材料回收主要分為火法冶金和濕法冶金兩大類方法。火法冶金是直接采用高溫處理的方法提取電極中的金屬或金屬氧化物，工藝簡單，但回收材料純度低并且高溫處理時間長能耗高，廢舊電池中的電解液、黏結劑等有機物會由于高溫反應產生有害氣體，需要安裝配套設施進行二次廢氣處理。濕法冶金是先拆解電池外殼，破碎、篩分后獲取電極材料，電極材料中的有價金屬在酸或生物溶液中浸取，再進行沉淀分離或者萃取分離，獲得各金屬相應的鹽或氧化物，雖然能有效回收不同的有價金屬，但工藝較復雜，需要使用大量的化學試劑，成本高，易造成環境污染。

發明內容

本發明提出了一種回收廢舊鋰離子電池有價金屬及再生三元正極材料的方法，本方法可以由兩種路線組成：其一是：將廢舊鋰離子電池有價金屬的回收與三元正極材料的制備有機的結合起來，采用海藻酸鈉交聯金屬離子直接進入新電極材料的生產環節，實現有價金屬材料的循環利用。其二是：是將獲得廢舊鎳鈷錳酸鋰三元正極材料通過機械研磨的方式進行納米化，然后以納米化的廢舊三元正極材料為內核，利用溶膠-凝膠法在其表面組裝三元正極材料前驅體，然后將上述材料高溫燒結得到修復再生的三元正極材料。采用機械研磨將廢舊三元正極材料納米化可以使鋰離子易于進入顆粒內部進行補鋰，不過機械研磨會造成顆粒表面凹凸不平引起比表面積增大，造成鋰離子的消耗，在納米顆粒表面再組裝三元正極材料可以消除上述的不利影響。

具體的技術方案是：

一種回收廢舊鋰離子電池再生三元正極材料的方法，包括以下步驟：

S11，將廢舊鋰離子電池前處理，再高溫條件下去除正極片中的導電劑和粘結劑；

再分別按照以下兩條工藝路線中的任意一條進行：

第一路線：

S12，將步驟S11中得到的電池材料加入第一提取液或者第二提取液中，浸出過渡金屬離子；第一提取液是添加還原劑的有機酸，第二提取液是低共熔溶劑；