[發明專利]用于回收鋰電池的方法

在審

• 申請號: 202211235799.3
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN115513552A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: C·哈尼什;T·埃爾沃特;L·布魯克納
• 申請（專利權）人: 杜森費爾德有限公司
• 主分類號: H01M10/54
• 分類號: H01M10/54;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市中倫律師事務所 11410
• 代理人: 楊黎峰;魏奇

本發明涉及一種用于回收的鋰電池的方法，該方法包括以下步驟：(a)在至少100℃、特別是至少140℃的分解溫度(TA)下使用濃硫酸(12)來分解包含鋰電池的電極的粉碎組成成分的粉碎材料(10)，從而產生廢氣(14)和分解材料(16)，(b)排出廢氣(14)，和(c)濕式化學提取分解材料(16)的至少一種金屬組成成分。

本申請是申請號為201980010559.3、申請日為2019年1月29日、發明名稱為“用于回收鋰電池的方法”的專利申請的分案申請，申請號為201980010559.3的專利申請是申請號為PCT/EP2019/052122的PCT申請的中國國家階段申請。

技術領域

本發明涉及一種用于回收鋰電池的方法。根據第二方面，本發明涉及一種用于處理鋰電池的回收設備。

背景技術

鋰電池是其中通過基于鋰的電化學反應來存儲電能的電池。鋰電池用途廣泛。鋰電池的回收仍然存在問題。尚不可能將電極中包含的石墨回收到可以再用于生產鋰電池的質量。鋰的回收也引起了問題。此外，通常只能以一定質量來回收鋰電池中可能存在的鈷、鎳和錳，因此在新的鋰電池中使用它們在經濟上是不可能的。當整體考慮時，就電池單元而言，已知的回收方法的材料回收效率低于重量的50％。

US 2004/0028 585A1描述了一種用于從鋰金屬聚合物電池中回收釩的方法。根據一種變型，這涉及將粉碎的材料與30％的稀硫酸混合。然后從所得水溶液中以五氧化二釩的形式獲得釩。因此，只有在粉碎材料中的釩含量足夠高時，這種方法才是可行的。但是，例如在通常使用的鋰離子電池中不是這種情況。此外，只能非常困難地提取其他金屬成分，例如鈷、鎳和錳。由于多種原因，包括安全原因，不建議使用濃硫酸。

US 2017/0077564 A1描述了一種用于回收鋰離子電池的方法，其中，將粉碎材料用稀硫酸和過氧化氫水溶液浸提。這種方法的缺點是要達到最高的回收率非常復雜。

由Nayl等人在Arabian Journal of Chemistry,2017,10,S3632-S3639發表的標題為“混合廢鋰離子電池的酸浸(Acid leaching of mixed spent Li-ion batteries)”的文章還介紹了一種鋰電池浸出方法，其中使用了稀硫酸和過氧化氫。已經發現，浸出程度最初隨著硫酸濃度的增加而增加，然后從3M下降。所檢查的最高濃度為4M。

發明內容

本發明旨在提高鋰電池的回收率。

本發明通過一種用于回收鋰電池的方法解決了該問題，該方法包括以下步驟：(a)在至少100℃、優選地至少120℃、特別優選地至少140℃的消解溫度下使用濃硫酸來消解包含鋰電池的電極的粉碎成分的粉碎材料(10)，從而產生廢氣和消解材料，(b)排出廢氣，以及(c)濕式化學提取消解材料的至少一種金屬成分，特別是選自包含鈷、鋰、錳、鎳和鈦的列表中的至少一種金屬成分(優選地是兩種、三種、四種或更多種金屬成分)。

根據第二方面，本發明通過一種用于處理鋰電池，特別是用過的鋰電池的回收設備來解決該問題，該回收設備具有：(a)反應器，其用于在至少為50℃的消解溫度下利用濃硫酸來消解包含鋰電池的電極的粉碎成分的粉碎材料，(b)硫酸供應裝置，其用于將硫酸添加至粉碎材料，以及(c)排放裝置，其布置成將廢氣排出反應器。排放裝置尤其設計成耐氟化氫的。換句話說，氟化氫不能逸入周圍的環境。

本發明的優點在于，在使用硫酸消解粉碎材料的過程中，可以完全除去在粉碎材料中可能存在的任何氟化物，所述硫酸優選被濃縮。氟化合物可形成氟化氫，從職業安全角度來看，這是一個極為棘手的問題。氟化氫也具有高度腐蝕性。通過用硫酸消解粉碎材料，可以從粉碎材料中除去氟化物，從而可以在考慮較少的安全預防措施和較低程度的材料磨損的情況下執行該過程中的后續步驟。某些分離方法(例如膜分離方法，雙極膜電滲析)無法在具有高氟化物水平的流體中進行；但是，這樣的準備可以做到這點。此外，不會發生由氟物質引起的雜質，從而通常可以以高純度回收粉碎材料的其他成分。