CN105789726A - 一种以废旧锂离子电池为原料制备镍钴锰三元材料前驱体的方法 - Google Patents

一种以废旧锂离子电池为原料制备镍钴锰三元材料前驱体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以废旧锂离子电池为原料制备镍钴锰三元材料前躯体的方法，包括如下步骤：（1）将充分放电后的废旧锂离子电池进行物理拆解，取出正极片；（2）把分离的正极片放入超声波清洗机中进行超声清洗，使正极活性物质从集流体铝箔上面脱落。铝箔干燥后直接回收；（3）将步骤（2）中得到的正极活性物质溶于酸中，加入氢氧化钠除铁；（4）测定除铁后浸取液中金属离子的浓度，加入可溶性镍盐、钴盐和锰盐调节溶液中镍、钴和锰的摩尔比例为（1–3）：（0.5–1）：1；（5）加入碳酸钠沉淀剂，使镍、钴和锰三种金属元素同时沉淀，过滤干燥后，得到镍钴锰三元材料前驱体。本发明工艺简单、灵活、回收成本低、回收产品价值大。

Description

一种以废旧锂离子电池为原料制备镍钴锰三元材料前驱体的方法
技术领域
本发明涉及废旧锂离子电池回收领域，特别涉及到一种以废旧锂离子电池为原料制备镍钴锰三元材料前驱体的方法。
背景技术
随着电子产品和新能源汽车的不断发展，锂离子电池的使用量急剧增加，废旧的锂离子电池也大幅增多。废旧锂离子电池中含有大量的金属资源和有毒易燃的电解液，如果处理不当会造成极大的环境危害，同时还会造成严重的资源浪费。随着世界各国对环境保护的日益重视，如何处理废旧的锂离子电池已然成为十分迫切的问题。
由于钴酸锂的成本和安全性问题，近年来生产企业逐渐采用其它正极材料来替代钴酸锂。Ni-Co-Mn三元正极材料具有比容量大、循环性能好、安全性能高、价格低廉等优点，被视为是最可能取代钴酸锂的电极材料。随着三元正极材料所占的市场份逐渐增大，废旧的锂离子电池中镍和锰的含量大幅度增加。由于镍、钴和锰三种金属元素相似的性质，在回收过程中，其分离十分困难。
目前关于从废旧锂离子电池中回收镍、钴和锰的研究主要方法有：破碎废旧锂离子电池获得正极片，高温煅烧除去碳和胶黏剂，碱浸除铝，酸浸，除杂，最后结合萃取和沉淀的方法实现镍、钴和锰的分离回收。现有方法工艺复杂，分离成本高，高温煅烧胶黏剂排放有毒HF气体对环境造成很大危害。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明的目的是提供一种以废旧锂离子电池为原料制备镍钴锰三元材料前驱体的方法。该法工艺简单、灵活、回收成本低、回收产品价值大。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种以废旧锂离子电池为原料制备三元正极材料前驱体的方法，步骤如下：
（1）将充分放电后的废旧锂离子电池进行物理拆解，取出正极片；
（2）把分离的正极片放入超声波清洗机中进行超声清洗，使正极活性物质从集流体铝箔上面脱落。铝箔干燥后直接回收；
（3）将步骤（2）中得到的正极活性物质溶解于含酸溶液中，加入氢氧化钠除铁；
（4）测定除铁后浸取液中金属离子的浓度，加入可溶性镍盐、钴盐和锰盐调节溶液中镍、钴、和锰的摩尔比例为（1–3）：（0.5–1）：1；
（5）加入碳酸钠沉淀剂，使镍、钴和锰三种金属元素同时沉淀，过滤干燥后，得到镍钴锰三元材料前驱体。沉淀镍、钴和锰剩余溶液用于后续的提锂过程。
在所述步骤（2）中，超声清洗的温度为50–90°C，清洗时间为30?120min。
在所述步骤（3）中，在所述步骤（3）中，酸为硝酸、盐酸、硫酸等无机酸；酸浓度为0.5–2.5mol/L。
在所述步骤（3）中，加入1mol/L氢氧化钠调节溶液pH值为4除去杂质铁。
在所述步骤（4）中，加入的可溶性镍、钴和锰盐分别为其硫酸盐、盐酸盐和硝酸盐。
在所述步骤（4）中，镍、钴和锰的比例为1：1：1、5：2：3、2：1：2和3：1：1中的一种；
在所述步骤（5）中，碳酸钠的摩尔浓度与镍钴锰三种金属离子总摩尔浓度的比例为1：1。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用物理拆解直接分离出正极片，与机械破碎废旧锂离子电池相比，避免了组分之间的交叉污染，简化后续除杂工艺；
2、采用超声清洗高效分离正极活性物质与铝箔。脱除了正极活性物质的铝箔直接以金属形式回收，增加了回收的铝产品价值；
3、避免了镍、钴和锰之间分离，实现三种金属元素的同时回收。简化了回收工艺，大大降低回收成本；
4、浸取液中镍、钴和锰三种金属元素的比例可根据市场需求进行调节，制备不同比例的钴锰三元材料前驱体。
附图说明
图1为本发明以废旧锂离子电池为原料制备镍钴锰三元材料前驱体的工艺流程图。
图2为实例1产品的XRD图。
图3为实例1产品的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
（1）将废旧锂离子电池充分放电，物理拆解去除外壳，取出正极片；（2）将正极片放入超声波清洗机当中，控制温度60°C，超声波清洗30min，分离得到的铝箔直接回收；（3）将步骤（2）得到的正极活性物质溶于1mol/L硫酸溶液中；（4）在浸取液中加入1mol/L氢氧化钠调节溶液pH为4，过滤除去氢氧化铁；（5）测定溶液中金属离子含量，加入硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰调节镍、钴和锰的摩尔比为1：1：1，总浓度为2mol/L；（6）加入2mol/L碳酸钠溶液，产生沉淀，将沉淀过滤、洗涤、干燥得到镍钴锰三元材料前驱体。所得产品XRD图如图2所示，用酸将其溶解后，通过ICP测量其原子比例。分析结果表明，产物为Ni0.33Co0.33Mn0.33CO3。图3是所得产品的SEM图，可以看出，产品分布均匀，为饱和的球形颗粒。
实施例2
（1）将废旧锂离子电池充分放电，物理拆解去除外壳，取出正极片；（2）将正极片放入超声波清洗机当中，控制温度70°C，超声波清洗90min，分离得到的铝箔直接回收；（3）将步骤（2）得到的正极活性物质溶于0.5mol/L盐酸溶液中；（4）在浸取液中加入1mol/L氢氧化钠调节溶液pH为4，过滤除去氢氧化铁；（5）测定溶液中金属离子含量，加入氯化镍、氯化钴和氯化锰调节镍、钴和锰的摩尔比为5：2：3，总浓度为2mol/L；（6）加入2mol/L碳酸钠溶液，产生沉淀，将沉淀过滤、洗涤、干燥得到镍钴锰三元材料前驱体。实施例2所得产物物相通过XRD分析，其原子比例通过ICP检测。分析结果表明，产物为Ni0.5Co0.2Mn0.3CO3。
实施例3
（1）将废旧锂离子电池充分放电，物理拆解去除外壳，取出正极片；（2）将正极片放入超声波清洗机当中，控制温度50°C，超声波清洗60min，分离得到的铝箔直接回收；（3）将步骤（2）得到的正极活性物质溶于2mol/L硝酸溶液中；（4）在浸取液中加入1mol/L氢氧化钠调节溶液pH为4，过滤除去氢氧化铁；（5）测定溶液中金属离子含量，加入硝酸镍、硝酸钴和硝酸锰调节镍、钴和锰的摩尔比为2：1：2，总浓度为2mol/L；（6）加入2mol/L碳酸钠溶液，产生沉淀，将沉淀过滤、洗涤、干燥得到镍钴锰三元材料前驱体。实施例3所得产物物相通过XRD分析，其原子比例通过ICP检测。分析结果表明，产物为Ni0.4Co0.2Mn0.4CO3。
实施例4
（1）将废旧锂离子电池充分放电，物理拆解去除外壳，取出正极片；（2）将正极片放入超声波清洗机当中，控制温度90°C，超声波清洗120min，分离得到的铝箔直接回收；（3）将步骤（2）得到的正极活性物质溶于2.5mol/L王水溶液中；（4）在浸取液中加入1mol/L氢氧化钠调节溶液pH为4，过滤除去氢氧化铁；（5）测定溶液中金属离子含量，加入硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰调节镍、钴和锰的摩尔比为3：1：1，总浓度为2mol/L；（6）加入2mol/L碳酸钠溶液，产生沉淀，将沉淀过滤、洗涤、干燥得到镍钴锰三元材料前驱体。实施例4所得产物物相通过XRD分析，其原子比例通过ICP检测。分析结果表明，产物为Ni0.6Co0.2Mn0.2CO3。
以上结合实施方式对本发明进行了详细说明，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是适宜性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种以废旧锂离子电池为原料制备镍钴锰三元材料前驱体的方法，其特征在于，步骤如下：
（1）将充分放电后的废旧锂离子电池进行物理拆解，取出正极片；
（2）把分离的正极片放入超声波清洗机中进行超声清洗，使正极活性物质从集流体铝箔上面脱落，铝箔干燥后直接回收；
（3）将步骤（2）中得到的正极活性物质溶解于含酸溶液中，加入氢氧化钠除铁；
（4）测定除铁后浸取液中金属离子的浓度，加入可溶性镍盐、钴盐和锰盐调节溶液中镍、钴和锰的摩尔比例为（1–3）：（0.5–1）：1；
（5）加入碳酸钠沉淀剂，使镍、钴和锰三种金属元素同时沉淀，过滤干燥后，得到镍钴锰三元材料前驱体，沉淀出镍、钴和锰溶液用于后续的提锂过程。
2.根据权利要求1所述的以废旧锂离子电池为原料制备镍钴锰三元材料前驱体的方法，其特征在于：在所述步骤（2）中，超声清洗的温度为50–90°C，清洗时间为30?120min。
3.根据权利要求1所述的以废旧锂离子电池为原料制备镍钴锰三元材料前驱体的方法，其特征在于：在所述步骤（3）中，酸为硝酸、盐酸、硫酸等无机酸；酸浓度为0.5–2.5mol/L。
4.根据权利要求1所述的以废旧锂离子电池为原料制备镍钴锰三元材料前驱体的方法，其特征在于：在所述步骤（3）中，加入1mol/L氢氧化钠调节溶液pH值为4除去杂质铁。
5.根据权利要求1所述的以废旧锂离子电池为原料制备镍钴锰三元材料前驱体的方法，其特征在于：在所述步骤（4）中，加入的可溶性镍、钴和锰盐分别为其硫酸盐、盐酸盐和硝酸盐。
6.根据权利要求1所述的以废旧锂离子电池为原料制备镍钴锰三元材料前驱体的方法，其特征在于：在所述步骤（4）中，镍、钴和锰的比例为1：1：1、5：2：3、2：1：2和3：1：1中的一种。
7.根据权利要求1所述的以废旧锂离子电池为原料制备镍钴锰三元材料前驱体的方法，其特征在于：在所述步骤（5）中，碳酸钠的摩尔浓度与镍钴锰三种金属离子总摩尔浓度的比例为1：1。
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