[發明專利]一種退役鋰離子電池正極材料回收再生的方法

有效

• 申請號: 202011269869.8
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112374553B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 趙青;李文杰;劉承軍;駱文彬;梅孝輝;姜茂發
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;C01G51/00;H01M10/54
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李馨

本發明提供一種退役鋰離子電池正極材料回收再生的方法，對退役鋰離子電池正極材料進行資源化利用。首先，將退役鋰離子電池正極材料進行還原性酸浸，通過無機酸與還原劑的螯合作用直接提取目標元素(即Li⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Mn²⁺)；然后加入沉淀劑經共沉淀后分別獲得Li₂CO₃和Ni_xCo_yMn_1?x?y(OH)₂；通過補加鋰源、鎳源、鈷源、錳源調節鋰與鎳、鈷、錳配比，最后借助高能球磨機并控制關鍵球磨工藝參數和氧分壓實現正極材料的再生；組裝電池并進行相應電化學性能測試。本發明可以將鋰離子電池正極材料實現“產品—原料—產品”的閉式循環，通過引入共沉淀技術和高能球磨技術確保退役鋰離子電池正極材料全組分、短流程、低成本以及價態精準控制，在無害化處理的同時兼顧資源化利用。

技術領域

本發明涉及固廢治理、資源循環技術領域，具體涉及一種退役鋰離子電池正極材料回收再生的方法。

背景技術

近年來，隨著社會快速發展，對化石能源的消耗越來越嚴重，這促使能源供給方式發生新的轉變，即從傳統能源向新能源轉變。其中，鋰離子電池(Lithium ion batteries，簡稱LIBs)作為新能源的典型代表之一，相比傳統鎳鎘電池、鉛酸電池以及鎳銅電池而言鋰離子電池具有可循環、容量高、壽命長、安全性能高、無記憶效應等優點，因此鋰離子電池自問世以來便得到快速發展，并作為一種良好的儲能裝置被廣泛的應用到各個領域，如國家電網、電子設備、動力汽車等領域。

鋰離子電池的組成部分包括正極材料、負極材料、隔膜、粘結劑、導電劑等，其中正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰以及三元材料(鎳鈷錳酸鋰)等，正極材料從含量上來說約占40％，對電池的性能起到決定性作用。目前，鈷酸鋰因其出色的電化學性能已被商業化應用，但鈷金屬價格昂貴，因此現在鋰離子電池已開始從鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰以及鎳鈷酸鋰電池向三元鋰電池發展。鋰離子電池一般服役3～5年后變為廢舊電池，經過梯級利用后最終會成為退役電池。隨著鋰離子電池的大量使用，退役電池數量近些年出現井噴式增長。據有關學者預測，預計2025年全球鋰離子電池回收市場將達64萬余噸，其中中國市場將約占全球市場的2/3，因此，對退役鋰離子電池的治理刻不容緩。

典型鋰離子電池(三元鋰電池)正極材料中含有Li、Co、Ni、Mn等關鍵組元，其中鈷、鎳、錳作為重金屬元素具有嚴重的污染性，使環境pH升高，若不進行有效處理就隨意堆放會造成巨大環境隱患，甚至危害人類生命健康。退役三元正極材料中的Li、Co、Ni具有較高的回收價值，金屬Li均價54萬/噸，金屬Co均價60萬/噸，金屬Ni均價11萬/噸，金屬Mn均價2萬/噸，從退役鋰離子電池中回收鋰、鈷、鎳、錳具有顯著的經濟效益。此外，我國的鈷鋰資源儲存量少，在礦石中的賦存程度低，而鈷、鋰金屬在退役電池正極材料中占有較高的比例，以此為原料回收鈷鋰金屬可以縮短冶煉工藝，緩解資源壓力。因此，對退役鋰離子電池進行無害化處理與資源化利用是現在新能源企業面臨的一大挑戰。

基于目前鋰離子電池正極材料的成分組成和元素配比，對退役鋰離子電池正極材料的處理方式主要包括：

(1)組元選擇性回收