[發明專利]一種廢舊三元鋰電池正極材料的回收方法

在審

• 申請號: 202110184485.4
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112993428A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 周立杰;劉風華;任榮杰;邱明建;丁銀貴;陳士朝;劉夢瑤;管子豪;張欣
• 申請（專利權）人: 中節能工程技術研究院有限公司
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54;H01M4/525;H01M4/505
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 陳征

本發明提供一種廢舊三元鋰電池正極材料的回收方法，所述方法包括：將三元鋰電池正極材料和還原劑進行焙燒；將焙燒后的產物進行水浸處理，同時通入CO₂，經固液分離得富含碳酸氫鋰的溶液。該方法通過控制焙燒過程，將三元鋰電池正極材料中的鋰預先轉型為碳酸鋰，通過后續分離過程可實現鋰元素選擇性優先提取，簡化生產工藝，降低回收成本。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池處理技術領域，尤其涉及一種廢舊三元鋰電池正極材料的回收方法。

背景技術

三元鋰電池性能優異，其安全穩定，能量密度比較高，支持高倍率放電，生產成本適中，具有非常廣泛的應用場景，目前三元鋰電池主要應用于動力鋰電池領域。三元鋰電池的正極材料為LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，有價金屬離子種類豐富,含量高,如果不對其進行處理或者處理不當,不僅會導致有價金屬的流失，還會對水源、土壤及人體健康造成嚴重污染和巨大危害。

目前廢舊三元鋰電池的回收方法主要分為火法回收和濕法回收兩大類。其中，火法處理工藝中錳進入渣相、鋰主要富集到爐渣和煙塵兩相，并以鋁硅酸鹽形式存在，錳和鋰資源難以有效回收。濕法回收技術主要包括預處理、濕法浸出、凈化分離和材料產品再生制備等步驟，常規濕法處理工藝存在步驟多、流程長、渣量大、石墨廢渣處置難等問題。

現有技術公開了一種鎳鈷錳酸鋰電池正極材料的回收方法，該方法通過還原酸浸將正極材料中的鎳、鈷、錳和鋰浸出，除雜后通過調控pH的方式沉淀鎳鈷錳，得到其氫氧化物鹽；沉淀后液通過磷酸根沉淀鋰，沉淀后液返回浸出工序。該方法將正極材料中的鎳、鈷、錳和鋰共同浸出，導致溶液分離困難、流程長、成本高，并且鋰資源沒有得到最有效的回收利用，產品附加值低、經濟性差。

因此，廢舊三元鋰電池的回收方法仍有待研究。

發明內容

為此，本發明提供一種廢舊三元鋰電池正極材料的回收方法。該方法通過控制焙燒過程，將三元鋰電池正極材料中的鋰預先轉型為碳酸鋰，通過后續分離過程可實現鋰元素選擇性優先提取，簡化生產工藝，降低回收成本。

本發明提供如下技術方案：

一種廢舊三元鋰電池正極材料的回收方法，所述方法包括：將三元鋰電池正極材料和還原劑進行焙燒；將焙燒后的產物進行水浸處理，同時通入CO₂，經固液分離得富含碳酸氫鋰的溶液。

本發明通過直接還原過程，進行物相預調控，將三元鋰電池正極材料中的鋰轉化為碳酸鋰，同時鎳鈷錳分別還原成氧化物，放大鋰與鎳鈷錳組分間的差異，通過后續分離過程可實現鋰與鎳鈷錳的分離，簡化工藝流程。

進一步地，所述還原劑包括三元鋰電池負極材料和/或碳。作為優選，所述還原劑為三元鋰電池負極材料。本發明使用的三元鋰電池正極材料和負極材料是廢舊三元鋰電池經放電、拆解所得的未經分離的混合料，在焙燒過程中，負極材料充當還原劑使用，同時混合料中含有的少量導電劑和粘結劑通過高溫焙燒去除，可簡化三元鋰電池正極材料的預處理流程，降低成本。

進一步地，基于所述三元鋰電池正極材料和還原劑的總質量，所述還原劑的含量為10-40質量％。

進一步地，所述焙燒的溫度為400-650℃，時間為1-3h；和/或，所述焙燒在CO₂的保護氣氛下進行。

進一步地，在所述水浸處理中，料液比為1:5-10，溫度為20-75℃，時間為1-5h，和/或，所述CO₂的通入速度為0.5-2L/min。

作為示例，當三元鋰電池正極材料為LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂時，本發明的焙燒及水浸過程發生以下反應：