[發(fā)明專利]從退役鋰離子電池正極材料中回收鋰、鈷、鎳、錳的方法

有效

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• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113046559B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧帥;邢雷;于建國
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號: C22B7/00
• 分類號: C22B7/00;C22B23/00;C22B26/12;C22B47/00;H01M10/54
• 代理公司: 南京蘇創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32273
• 代理人: 常曉慧

本發(fā)明提供了一種從退役鋰離子電池正極材料中回收鋰、鈷、鎳、錳的方法，包括：使用浸取劑對鋰離子電池正極材料進(jìn)行浸出，其中浸出過程中進(jìn)行加熱和攪拌，所述浸取劑包含無機酸、還原劑和螯合劑；其中所述無機酸的濃度為0.2～4mol/L；所述還原劑的濃度為0.2～2mol/L；所述螯合劑的濃度為0.1～2mol/L；所述方法不包括對鋰離子電池正極材料進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理過程。與傳統(tǒng)的酸浸方法相比，本發(fā)明的浸取效率高，浸取容量大，傳統(tǒng)的酸浸方法需要數(shù)小時才能達(dá)到95％以上的浸取率，而本發(fā)明能極大地提升浸取效率，本發(fā)明的脫氫抗壞血酸作為螯合劑與過渡金屬以及氯離子形成協(xié)同配位效應(yīng)有效加快浸取速率，避免使用無機還原劑，降低浸出后溶劑對環(huán)境的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及退役電池材料回收技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及從退役鋰離子電池正極材料中回收鋰、鈷、鎳、錳的方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有工作電壓高、體積小、能量密度高、無記憶效應(yīng)、壽命長、工作溫度范圍寬等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用在手機、移動電源、筆記本等便攜式電子設(shè)備產(chǎn)品中。同時隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，市場對于鋰離子電池的需求也在不斷擴大。隨著鋰離子電池需求的不斷增加，退役鋰電池的數(shù)量必然越來越多。預(yù)計到2023年，鋰離子電池的年報廢量將達(dá)到101GWh，約116萬噸/年。退役鋰電池中含有大量的重金屬元素和具有腐蝕性或強腐蝕性有機溶劑，如果隨意丟棄，將會對自然環(huán)境造成極大的污染和破壞。因此，回收利用退役鋰離子電池不僅對環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展具有積極作用，同時回收退役鋰離子電池正極中的有價元素能充分利用城市礦山資源，緩解自然資源短缺的壓力。

鋰離子電池的負(fù)極活性物質(zhì)為石墨，正極活性物質(zhì)主要是LiCoO₂、LiNi_xCO_yMn_zO₂(其中，x+y+z＝1)和LiMn₂O₄等鋰過渡金屬氧化物。鋰離子電池的正極的構(gòu)成為：正極活性物質(zhì)(鋰過渡金屬氧化物)、少量導(dǎo)電劑(一般為乙炔黑)和有機粘結(jié)劑，將它們均勻混合后，涂布在鋁箔集流體上形成正極。

傳統(tǒng)的回收退役鋰離子電池正極材料的方法是浸出方法，浸出方法主要是通過預(yù)處理和酸浸出兩個步驟進(jìn)行浸出。首先，退役鋰離子電池經(jīng)過拆解、粉碎、篩分、分選、磁選、一次研磨、正極材料分選、二次研磨等一系列操作后才能使用無機酸(例如鹽酸、硝酸、硫酸等強酸)作為浸取劑，同時加入部分還原劑(例如過氧化氫等)從正極活性物質(zhì)中浸出鋰、鈷、鎳、錳元素。傳統(tǒng)方法的浸出過程是通過無機還原劑將高價態(tài)的過渡金屬元素還原成低價態(tài)，無機酸提供氫離子與鋰過渡金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)。其浸取過程主要依靠氫離子對材料的溶解，浸出動力學(xué)取決于氫離子的濃度。傳統(tǒng)的酸浸浸出方法反應(yīng)速率不快，一般需要2-5h才能達(dá)到95％以上的浸出率。因此，現(xiàn)在需要一種反應(yīng)速率更快，浸出率更高，更加簡單、經(jīng)濟、高效，更能適應(yīng)規(guī)模化、工業(yè)化的退役鋰離子電池正極材料的回收方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供從退役鋰離子電池正極中簡單、快速浸出鋰、鈷、鎳、錳的方法，所述方法相比傳統(tǒng)無機酸加無機還原劑浸取方法的浸出速率及易操作性有極大的提升。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

作為具體的實施方案，本申請?zhí)峁┝艘环N從退役鋰離子電池正極材料中回收鋰、鈷、鎳、錳的方法，包括以下步驟：

使用浸取劑直接對鋰離子電池正極材料(從鋰離子電池中拆解得到的正極材料)進(jìn)行浸出，避免了復(fù)雜的浸出前預(yù)處理過程，其中所述浸取劑包含無機酸、還原劑、螯合劑；鋰離子電池正極材料與浸取劑形成固液體系；

其中浸出過程中進(jìn)行加熱和攪拌。

可替代地，作為示例，所述浸取劑由無機酸、還原劑、螯合劑組成。