[發(fā)明專利]一種通過碳熱還原從退役鋰離子電池黑粉中回收碳酸鋰的方法

有效

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• 申請日: 2021-10-11
• 公開（公告）號: CN113921931B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設計）人: 邵鵬輝;鄭羽帆;羅旭彪;黃涌;楊利明;邱財庭;王利華;王超強
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 李紅媛

一種通過碳熱還原從退役鋰離子電池黑粉中回收碳酸鋰的方法，涉及一種從退役鋰離子電池中回收碳酸鋰的方法。本發(fā)明是要解決現有的退役鋰離子電池黑粉中正極和負極材料難分離且鋰資源回收困難的技術問題。本發(fā)明再生成本低、易操作、回收的碳酸鋰純度高達99％，鋰離子回收率達到85％以上，回收過程中不產生二次污染。本發(fā)明可以在不放電，不拆解分離的條件下直接將退役鋰離子電池破碎篩分后得到黑粉，并從中最大程度地從退役鋰離子電池中回收鋰，同時步驟一中第一次抽濾的濾渣中的鎳鈷錳可以制備前驅體或定向回收，充分做到資源高效回收。

技術領域

本發(fā)明涉及一種從退役鋰離子電池中回收碳酸鋰的方法。

背景技術

自1975年三洋公司開發(fā)了Li/MnO₂電池以來，經過四十多年的發(fā)展，三元、磷酸鐵鋰等鋰離子電池已經廣泛應用于新能源車、消費電子及儲能等各大領域，固態(tài)、半固態(tài)鋰離子電池也在加緊投向商業(yè)化生產。展望未來，隨著新能源汽車保有量的持續(xù)增長，鋰離子電池將面向上萬億的市場空間，據估計在2019年～2023年間我國鋰離子電池產量平均增長率將高達16.43％，2023年我國鋰離子電池的產量將高283億只。而鋰電池作為一種循環(huán)次數有限的消耗品，其巨額的產量也將導致大量退役鋰離子電池的產生，退役鋰離子電池所含有的有機物與重金屬將會對環(huán)境造成巨大的影響，但由于Co、Li等大量有價金屬的存在，退役鋰離子電池也被稱為“城市礦產”。因此對退役鋰離子電池中Co、Li等資源的回收和無害化處理，既克服了退役鋰離子電池對環(huán)境造成的污染，還使有限的資源得以循環(huán)利用，具有很大環(huán)保和經濟意義。

濕法冶金與火法冶金作為目前回收退役鋰離子電池的主流工藝，具有設備要求低、工藝簡單、金屬回收率高等優(yōu)點，但Li的回收往往沒有被重視。在濕法工藝中Li通常在最末端被回收，大量的Li在酸浸以及萃取的過程中被廢水帶走，且Li產品的純度往往較低；在傳統(tǒng)火法冶金工藝中高溫冶煉會造成Li的大量蒸發(fā)，同時Li通常作為爐渣被廢棄。為最大限度地回收Li，在濕法工藝前端通過火法技術提Li成為了當下最熱門的選擇。JiefengXiao等以LMO為原料，NH₄Cl為還原劑，在反應溫度為823k，摩爾比為1:3.5，保溫時間為30min的條件下，可使Li的浸出率達91.73％，選擇性達90.04％。以氯化鹽為還原劑焙燒退役正極材料，可以在低溫下高效靶向提取退役正極材料中的Li，但還原劑的消耗與焙燒過程中所產生的HCl、NH₃對設備的腐蝕及環(huán)境的影響是阻礙其工業(yè)化的主要因素。Yayun?Ma等使用了退役石墨作為還原劑在650℃的條件下反應1h后，可用去離子水浸出82.2％的Li。通過碳熱還原的方法可以充分利用退役鋰離子電池中的廢品，減少化學品的使用，它不僅是高效的，而且是環(huán)境友好的。在當前Li資源缺失的環(huán)境下，碳熱還原技術作為一種前端提Li的技術，可以高效清潔地將退役鋰離子電池正極材料中的Li充分回收，解決了傳統(tǒng)工藝中的困境。但回收退役鋰離子電池的重心通常只在正極材料上，作為電池負極的石墨由于其價值低廉通常作為廢渣處理，其本身與其所含金屬的價值無法得到重視。故找到一種可以充分利用退役石墨的方法，以做到退役鋰離子電池價值最大化是非常重要的。Yang?Gao等使用硫酸去除石墨雜質，并通過高溫煅燒得到電化學性能良好的再生石墨。雖然使用該方法可以實現石墨的高值轉化，但石墨中的鋰卻作為雜質被去除。退役石墨中的鋰主要來自于SEI膜中、退役石墨層間的鋰離子與在充放電過程中石墨表面形成的鋰沉積，將鋰作為雜質清除會造成大量的鋰資源流失。Yue?Yang等通過兩段焙燒從退役鋰離子電池中分離出退役石墨粉，再使用酸浸的方法得到高純度再生石墨和浸出液，最后向浸出液加入Na₂CO₃回收了純度大于99％的Li₂CO₃。通過這種工藝可以在回收石墨的同時回收高純度的Li，但復雜的正、負極分離工藝無疑加重了操作的復雜程度與能源的消耗，而且會造成Li的大量流失。