[發明專利]一種廢三元鋰電池正極材料制備高純硫酸鈷溶液的方法

有效

• 申請號: 202110178008.7
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112981112B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 高月春
• 申請（專利權）人: 余姚市鑫和電池材料有限公司
• 主分類號: C22B7/00
• 分類號: C22B7/00;C01G51/10;C22B23/00;H01M10/54
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

1.一種廢三元鋰電池正極材料制備高純硫酸鈷溶液的方法，其特征在于，包括以下制備步驟：

S1：破碎分離：將廢三元鋰電池進行破碎后進行磁吸、分級過篩和旋風沉降，制備得到電池粉料；

S2：硫酸一次浸出：將電池粉料置于水和二次浸出液中得到混合液，隨后加入硫酸反應溶解得到溶解液；

S3：在溶解液中加入還原劑，反應后進行固液分離，得碳粉渣和一次浸出液；

S4：硫酸二次浸出：將碳粉渣置于水中，加入硫酸反應溶解得到碳粉渣溶解液；

S5：在碳粉渣溶解液中加入還原劑，反應后進行固液分離，得到二次碳粉渣和二次浸出液；

S6：一次浸出液除鋁鐵：在一次浸出液中加入碳酸鈉溶液進行除鐵鋁反應，過濾后制備得到鋁鐵渣和除鐵鋁液；

S7：一次萃?。涸诔F鋁液中加入金屬萃取劑，萃取后分離得到含鈷水相；

S8：二次萃?。涸诤捤嗉尤虢饘佥腿?，萃取后分離制備得到含鈷有機萃取相；

S9：反萃：將含鈷有機萃取相置于硫酸溶液中，反萃后分離金屬萃取劑，制備得到高純硫酸鈷；

所述金屬萃取劑包括以下制備步驟：

（1）將2-5份六水合氯化鐵置于100-120份甘醇中攪拌溶解，隨后加入10-13份乙酸鈉和1-2份聚丙二醇，攪拌后置于200-220℃下煅燒6-8h，制備得到四氧化三鐵顆粒；

（2）將3-5份四氧化三鐵顆粒分散于300-400份去離子水中，隨后加入10-12份果糖和25-30份尿素，攪拌溶解后在190-210℃下反應10-12h，分離洗滌烘干，制備得到具有空腔的介孔四氧化三鐵顆粒；

（3）將15-20份丙烯酸異丁酯和2-4份雙丙酮丙烯酰胺置于140-160份N,N-二甲基甲酰胺中，隨后加入5-8份具有空腔的介孔四氧化三鐵顆粒和0.1-0.5份偶氮二異丁腈攪拌1-2h進行預負載，隨后在75-85℃下反應4-5h，離心烘干后制備得到聚合物負載介孔四氧化三鐵顆粒；

（4）將制備得到的聚合物負載介孔四氧化三鐵顆粒分散于去離子水中，加入1-2份己二酰肼，隨后將pH調節至5-6，反應1-3h后離心干燥，制備得到交聯聚合物負載介孔四氧化三鐵顆粒；

（5）將交聯聚合物負載介孔四氧化三鐵顆粒分散于硅烷偶聯劑溶液中，制備得到硅烷改性四氧化三鐵顆粒；

（6）將十二烷基硫酸鈉溶解于130-150份水中制備得到濃度為9-12mmol/L的預聚乳化液，隨后加入10-15份甲基丙烯酸甲酯和0.1-0.5份過硫酸鉀，在60-75℃下預聚反應0.5-1h后破乳，制備得到聚甲基丙烯酸甲酯預聚物；

（7）將十二烷基硫酸鈉溶解于180-200份水中制備得到濃度為9-12mmol/L的聚合乳化液，加入5-8份硅烷改性四氧化三鐵顆?；旌暇鶆蚝?，加入5-10份聚甲基丙烯酸甲酯預聚物、8-15份甲基丙烯酸甲酯、2-4份甲基丙烯酰胺、1-2份三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和0.1-0.5份過硫酸鉀后，在60-75℃下進行聚合反應3-4h，破乳后將沉淀洗滌干燥，制備得到聚合物包覆四氧化三鐵顆粒；

（8）將聚合物包覆四氧化三鐵顆粒置于萃取劑中，在真空條件下靜置吸附15-20h，過濾后制備得到金屬萃取劑，所述萃取劑包括P204或P507。

2.根據權利要求1所述的一種廢三元鋰電池正極材料制備高純硫酸鈷溶液的方法，其特征在于，步驟S2中所述混合液中各原料質量份數為：電池粉料30-40份，水10-100份，二次浸出液0-60份；加入硫酸后pH為0.5-1.5。

3.根據權利要求1所述的一種廢三元鋰電池正極材料制備高純硫酸鈷溶液的方法，其特征在于，所述還原劑為25-30wt%雙氧水或焦亞硫酸鈉，步驟S3中所述還原劑與電池粉料質量比為0.2-0.4:1；所述反應為在60-85℃下保溫6-10h；所述固液分離時控制pH為2-2.5，所述一次浸出液中鈷鎳鎂濃度為60-90g/L。

4.根據權利要求1所述的一種廢三元鋰電池正極材料制備高純硫酸鈷溶液的方法，其特征在于，步驟S4和S5中各原料質量份數為：碳粉渣20-30份，水30-50份，硫酸10-20份，還原劑5-10份；步驟S5中所述反應為在65-95℃下保溫6-10h，所述二次碳粉渣中鈷含量≤0.1wt%。