CN108285977A - 一种废旧锂离子电池正极材料回收的方法 - Google Patents

一种废旧锂离子电池正极材料回收的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种废旧锂离子电池正极材料回收的方法。其技术方案是：将废旧锂离子电池放电，拆解，破碎，得到正极片。将浓度为0.1~3.0mol/L有机酸溶液和浓度为30wt%的过氧化氢溶液混合，即得混合液；其中，过氧化氢在所述混合液中的质量浓度为0.5~10%。按正极片和所述混合液的固液比为10~80g/L，将所述正极片加入所述混合液中，在30~90℃的水浴条件下搅拌10~120min，得到混合物。将所述混合物过滤，得到含有有价金属离子的滤液。将所述滤液在50~200℃条件下烘烤8~24h，得到制备锂离子电池正极材料的前驱体。本发明具有工艺简单、能耗低、流程短、试剂消耗少、回收成本低和无二次污染的特点。

Description

一种废旧锂离子电池正极材料回收的方法
技术领域
本发明属于废旧锂离子电池材料的回收技术领域。具体涉及一种废旧锂离子电池正极材料回收的方法。
背景技术
锂离子电池自上世纪90年代实现商业化以来，以其具有工作电压高、能量密度高、循环寿命长、自放电率小、绿色环保和无记忆效应等优点，被广泛应用于手机、手提电脑、电子玩具等领域，现在又正在向电动车、电动汽车和储能装置领域迅速拓展。
废旧锂离子电池中含铝、钴、镍、锰、锂等金属，如果处置不当，将会造成严重的环境污染。同时，锂和钴都属于稀缺资源，生产锂离子电池所需的金属供需矛盾已越来越突出。因此，高效回收锂离子电池中的有价金属将具有重要的环保价值、经济效益和资源效益。
“一种从废离子电池中回收制备新电极的方法”（CN106450559A）专利技术，该技术将正极片用马弗炉在500~700℃条件下煅烧3~6h，然后加入水中并用电动搅拌器搅拌15~30min，经筛网筛分和过滤后得到钴酸锂粉末。再将钴酸锂粉末溶于有机酸和过氧化氢的混合液，过滤后在滤液中加入草酸沉淀钴离子。该方法虽有其共知的优点，但不仅能耗高、工艺流程长、回收成本高和产生的有机酸废液不易处理，且正极材料中的稀缺资源锂没有得到回收。
“一种回收再生锂离子电池正极材料的方法”（CN102382987A）专利技术，该技术采用N-甲基吡咯烷酮超声处理正极片使活性物质和铝箔分离，然后过滤得到沉淀物，将沉淀物在600～800℃下煅烧3～5h得到黑色固体粉末。然后将黑色固体粉末进行酸浸处理，过滤，得到含有Co2+和Li+的滤液。该方法也虽有其共知的优点，但也不仅存在能耗高、工艺流程长和回收成本高的缺点，且使用的有机溶剂N-甲基吡咯烷酮易挥发而污染环境。
“一种废旧锂离子电池正极材料全组分资源化回收方法”（CN102751549A）专利技术，该技术采用含氟有机酸水溶液分离废旧锂离子电池正极材料中的活性物质与铝箔，经液-固-固分离得到浸出液、含锂活性物质和铝箔。含锂活性物质经高温煅烧除去有机物和碱浸除去杂质铝，浸出液分别进行加酸蒸馏回收含氟有机酸、加碱沉淀杂质离子、碳酸铵共沉淀制备镍钴锰碳酸盐三元前驱体。该方法虽实现了正极材料的全组分资源化回收，但使用的含氟有机酸水溶液对环境污染大，同时也存在工艺流程长、试剂消耗大、能耗高和回收成本高的问题。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单、能耗低、流程短、回收成本低和无二次污染的废旧锂离子电池正极材料回收的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的步骤是：
步骤一、将废旧锂离子电池放电，拆解，人工裁剪或机械破碎，得到正极片。
步骤二、将浓度为0.1~3.0mol/L有机酸溶液和浓度为30wt%的过氧化氢溶液混合，即得混合液；其中，过氧化氢在所述混合液中的质量浓度为0.5~10%。
步骤三、按正极片和所述混合液的固液比为10~80g/L，将所述正极片加入所述混合液中，在30~90℃的水浴条件下搅拌10~120min，得到混合物。
步骤四、将所述混合物过滤，得到含有铝箔的滤渣和含有有价金属离子的滤液。
步骤五、将所述滤液在50~200℃条件下烘烤8~24h，得到制备锂离子电池正极材料的前驱体。
所述废旧锂离子电池正极材料为废旧钴酸锂电池正极材料、废旧锰酸锂电池正极材料、废旧镍酸锂电池正极材料和废旧镍钴锰酸锂电池正极材料中的一种。
所述有机酸为柠檬酸或苹果酸中的一种。
所述搅拌的速率为50~2000 r/min。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明实现了废旧锂离子电池回收中正极活性物质从铝箔上的分离和有价金属离子的浸出一步法完成，克服了现有的正极活性物质和铝箔分离使用高温煅烧或碱浸或有机溶剂浸泡所带来的能耗高、工艺流程长、回收成本高等问题。
本发明对滤液中有价金属离子的回收采取烘烤法，克服了现有的萃取法或沉淀法所带来的工艺流程长、试剂消耗大、废液不易处理等问题。同时，回收得到的有机酸盐是制备锂离子电池正极材料的前躯体，实现了锂、钴、镍、锰等有价金属在锂离子电池正极材料中的循环利用，有效缓解了锂资源和钴资源储量不足的矛盾。
因此，本发明具有工艺简单、能耗低、流程短、试剂消耗少、回收成本低和无二次污染的特点。
具体实施方法
以下通过具体实施例对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种废旧锂离子电池正极材料回收的方法。本实施例所述方法的步骤是：
步骤一、将废旧锂离子电池放电，拆解，人工裁剪或机械破碎，得到正极片。
步骤二、将浓度为0.1~1.5mol/L有机酸溶液和浓度为30wt%的过氧化氢溶液混合，即得混合液；其中，过氧化氢在所述混合液中的质量浓度为0.5~3%。
步骤三、按正极片和所述混合液的固液比为10~30g/L，将所述正极片加入所述混合液中，在30~50℃的水浴条件下搅拌90~120min，得到混合物。
步骤四、将所述混合物过滤，得到含有铝箔的滤渣和含有有价金属离子的滤液。
步骤五、将所述滤液在50~90℃条件下烘烤18~24h，得到制备锂离子电池正极材料的前驱体。
所述废旧锂离子电池正极材料为废旧钴酸锂电池正极材料。
所述有机酸为柠檬酸。
所述搅拌的速率为50~200 r/min。
实施例2
一种废旧锂离子电池正极材料回收的方法。本实施例所述方法的步骤是：
步骤一、将废旧锂离子电池放电，拆解，人工裁剪或机械破碎，得到正极片。
步骤二、将浓度为1.0~2.0mol/L有机酸溶液和浓度为30wt%的过氧化氢溶液混合，即得混合液；其中，过氧化氢在所述混合液中的质量浓度为2~5%。
步骤三、按正极片和所述混合液的固液比为20~50g/L，将所述正极片加入所述混合液中，在40~60℃的水浴条件下搅拌50~100min，得到混合物。
步骤四、将所述混合物过滤，得到含有铝箔的滤渣和含有有价金属离子的滤液。
步骤五、将所述滤液在80~120℃条件下烘烤12~20h，得到制备锂离子电池正极材料的前驱体。
所述废旧锂离子电池正极材料为废旧锰酸锂电池正极材料。
所述有机酸为苹果酸。
所述搅拌的速率为100~800 r/min。
实施例3
一种废旧锂离子电池正极材料回收的方法。本实施例所述方法的步骤是：
步骤一、将废旧锂离子电池放电，拆解，人工裁剪或机械破碎，得到正极片。
步骤二、将浓度为1.5~2.5mol/L有机酸溶液和浓度为30wt%的过氧化氢溶液混合，即得混合液；其中，过氧化氢在所述混合液中的质量浓度为4~8%。
步骤三、按正极片和所述混合液的固液比为40~60g/L，将所述正极片加入所述混合液中，在50~70℃的水浴条件下搅拌30~60min，得到混合物。
步骤四、将所述混合物过滤，得到含有铝箔的滤渣和含有有价金属离子的滤液。
步骤五、将所述滤液在100~150℃条件下烘烤10~15h，得到制备锂离子电池正极材料的前驱体。
所述废旧锂离子电池正极材料为废旧镍酸锂电池正极材料。
所述有机酸为柠檬酸。
所述搅拌的速率为600~1500 r/min。
实施例4
一种废旧锂离子电池正极材料回收的方法。本实施例所述方法的步骤是：
步骤一、将废旧锂离子电池放电，拆解，人工裁剪或机械破碎，得到正极片。
步骤二、将浓度为2.0~3.0mol/L有机酸溶液和浓度为30wt%的过氧化氢溶液混合，即得混合液；其中，过氧化氢在所述混合液中的质量浓度为6~10%。
步骤三、按正极片和所述混合液的固液比为50~80g/L，将所述正极片加入所述混合液中，在60~90℃的水浴条件下搅拌10~40min，得到混合物。
步骤四、将所述混合物过滤，得到含有铝箔的滤渣和含有有价金属离子的滤液。
步骤五、将所述滤液在130~200℃条件下烘烤8~12h，得到制备锂离子电池正极材料的前驱体。
所述废旧锂离子电池正极材料为废旧镍钴锰酸锂电池正极材料。
所述有机酸为苹果酸。
所述搅拌的速率为1000~2000 r/min。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式实现了废旧锂离子电池回收中正极活性物质从铝箔上的分离和有价金属离子的浸出一步法完成，克服了现有的正极活性物质和铝箔分离使用高温煅烧或碱浸或有机溶剂浸泡所带来的能耗高、工艺流程长、回收成本高等问题。
本具体实施方式对滤液中有价金属离子的回收采取烘烤法，克服了现有的萃取法或沉淀法所带来的工艺流程长、试剂消耗大、废液不易处理等问题。同时，回收得到的有机酸盐是制备锂离子电池正极材料的前躯体，实现了锂、钴、镍、锰等有价金属在锂离子电池正极材料中的循环利用，有效缓解了锂资源和钴资源储量不足的矛盾。
因此，本具体实施方式具有工艺简单、能耗低、流程短、试剂消耗少、回收成本低和无二次污染的特点。

Claims (4)

1.一种废旧锂离子电池正极材料回收的方法，其特征在于所述方法的步骤是：
步骤一、将废旧锂离子电池放电，拆解，人工裁剪或机械破碎，得到正极片；
步骤二、将浓度为0.1~3.0mol/L有机酸溶液和浓度为30wt%的过氧化氢溶液混合，即得混合液；其中，过氧化氢在所述混合液中的质量浓度为0.5~10%；
步骤三、按正极片和所述混合液的固液比为10~80g/L，将所述正极片加入所述混合液中，在30~90℃的水浴条件下搅拌10~120min，得到混合物；
步骤四、将所述混合物过滤，得到含有铝箔的滤渣和含有有价金属离子的滤液；
步骤五、将所述滤液在50~200℃条件下烘烤8~24h，得到制备锂离子电池正极材料的前驱体。
2.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池正极材料回收的方法，其特征在于所述废旧锂离子电池正极材料为废旧钴酸锂电池正极材料、废旧锰酸锂电池正极材料、废旧镍酸锂电池正极材料和废旧镍钴锰酸锂电池正极材料中的一种。
3.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池正极材料回收的方法，其特征在于所述有机酸为柠檬酸或苹果酸中的一种。
4.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池正极材料回收的方法，其特征在于所述搅拌的速率为50~2000 r/min。
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