[發明專利]一種鋰離子電池正極材料的回收再生工藝及其設備

在審

• 申請號: 202211076190.6
• 申請日: 2022-09-05
• 公開（公告）號: CN115449636A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 明磊;葉隆;歐星
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22B7/00
• 分類號: C22B7/00;C22B26/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于鋰離子電池回收領域，具體涉及一種鋰離子電池正極材料的回收再生工藝及其設備。廢舊鋰離子電池正極材料經還原氨浸工藝，利用浸出液與正極共沉淀母液成分相同這一特征，實現工藝流程的大幅度簡化，并優化共沉淀反應釜的結構設計。具體包括以下步驟：將廢舊鋰離子電池正極材料送入浸出槽內，配以合適的底液和還原劑，控制溫度和攪拌，實現還原氨浸過程，其中有價金屬以氨絡合物的形式富集進入液相，雜質成分以渣相的形式沉淀；上述浸出液經過中間過濾裝置，轉移至共沉淀反應釜內，依據目標再生正極材料的種類，適當補充金屬元素完成配比，利用優化后的反應釜結構，實現正極材料前驅體的高效再生；最后在合適的溫度下燒結得到正極材料。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池回收技術領域，具體涉及一種鋰離子電池正極材料的回收再生工藝及其設備。

背景技術

無論是從二次資源再利用的角度，還是保護環境固廢無害化的角度，廢舊鋰離子電池的回收都是刻不容緩的。

當下，廢舊鋰離子電池的回收工藝種類繁多，盡管大體上可歸類為濕法和火法兩大體系，但是考慮到具體回收對象的成分復雜性和多樣性，導致實際回收工藝需要進一步優化。火法回收工藝主要是借助高溫熱還原法，實現有價金屬的熱還原，并以金屬單質或金屬合金的方式回收，優勢是單批處理體量大，但也會導致輕金屬鋰的回收效率低的問題。濕法回收相比于火法回收工藝，更為精細，不僅回收效率高，且有一定的針對性效果，如氨浸體系。但目前，有關氨浸回收體系還有所不足。本專利通過將合適的氨浸工藝以及優化的共沉淀反應釜設備，實現工業化的可連續工作，以浸出-沉降的方式完成連續浸出回收。

中國專利201710191599.5公開了一種綜合回收廢舊鋰離子電池的方法。具體步驟為：將廢舊電池進行放電處理后破碎，在300～400℃下進行預焙燒后，加入還原劑在450～700℃下進行還原焙燒。焙燒后物料，經水浸、蒸發結晶得到高純鋰產品；浸出渣與焙燒后的塊料采用氧化氨浸浸出銅、鎳、鈷，氨浸渣經磁選、篩分得到鐵、鋁富集物，篩下物經還原酸浸、凈化除雜后得到高純硫酸錳溶液。氨浸液則采用萃取、選擇性反萃產出高純硫酸鎳和硫酸銅溶液，萃余液通過硫化沉鈷、氧化酸浸、萃取凈化后得到高純硫酸鈷溶液。

本專利利用氨浸后浸出液與前驅體制備的組分結構相似這一特征，有效利用氨浸工藝的選擇性浸出特征，實現從廢舊鋰離子電池正極材料到再生正極材料的轉邊。配合工藝要求，合理簡化并優化共沉淀反應釜的設計，實現一種高效且處理體量大的回收系統。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對廢舊鋰離子電池回收工藝，提出一種鋰離子電池正極材料的回收再生工藝及其設備，工藝流程為全濕法工藝體系，優化后的設備與工藝相輔相成，實現對廢舊鋰離子電池正極材料的高效回收。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

所述一種鋰離子電池正極材料的回收再生工藝及其設備包括以下步驟：

(1)浸出槽底液的配置比例為4mol/L的氨水和2mol/L的硫酸銨，升溫至70℃后，將廢舊正極材料粉末與還原性鐵粉按摩爾比1:3的比例加入至槽體中，持續攪拌下充分反應0.5h，而后保持溫度恒定的同時，關閉攪拌系統，靜置一段時間；

(2)從出液口放出的混合溶液通過中間過濾裝置后，轉移至結構優化后的共沉淀反應釜內，按照目標正極產物的金屬比例，補充適量的金屬離子，控制pH和溫度實現共沉淀，制備得到正極前驅體材料；

(3)根據目標正極產物的不同，采用對應合適的燒結制度，實現正極材料的再生。

優選地，步驟(1)中所提及的浸出槽和共沉淀反應釜皆由槽體、攪拌系統、加熱系統、溫度監控、pH監控以及進料口和出料口組成，且其中共沉淀反應釜還包括一個共沉淀輔助池；