CN108400401A - 一种以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法 - Google Patents

一种以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法,包括以下步骤：(1)拆解动力锂电池，得到正电极；将正电极浸没于溶剂中，过滤，离心滤液，得到固体沉淀物，烘干、破碎固体沉淀物，得活性物质；(2)将活性物质溶于无机弱酸中，加入双氧水，离心，向上清液中加入含镍离子的盐、含钴离子的盐和含锰离子的盐，调节上清液中镍离子、钴离子和锰离子的浓度；再加入络合剂、沉淀剂，离心分离，烘干，得镍钴锰酸锂前驱体；(3)所述镍钴锰酸锂前驱体中和含锂离子的化合物混合，煅烧、冷却、破碎、筛分。本发明可实现废旧动力锂电池中的集流体与活性材料的快速完全分离，并能够较好的保持集流体结构的完整性。

Description

一种以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸 锂的方法
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法。
背景技术
随着人类对电子类产品消费量的不断攀升，具有高能量密度、高功率密度、高工作电压、长使用寿命的锂离子电池的需求量日益增加，锂离子电池虽被誉为“绿色能源”，但随之产生的电池报废量让人触目惊心。在我国，每年约产生100亿只废旧电池，重量约30万吨，其中电动汽车动力电池累计报废量约12万吨，将对人类的生态环境产生极大的威胁。废旧锂离子电池中含有钴、镍、铁、铝、铜等高价值金属，而我国属于资源比较稀缺型国家，尤其是钴资源，以进口的方式平衡国内不断增长的需求，而金属镍和锰均为不可再生资源。因此，将回收的废旧锂离子电池正极材料作为原料用于再次材料的合成，能够有效降低废旧锂电池的处理成本，并实现资源化的合理利用。
现有的回收分离电池中活性物质的能耗高、回收滤低，还会造成一定的二次污染。
发明内容
本发明的目的在于：解决上述现有技术中的不足，提供一种以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法,包括以下步骤：
(1)拆解放电后的锂动力电池，得到正电极；将所述正电极浸没于溶剂中，过滤，离心滤液，得到固体沉淀物，烘干、破碎固体沉淀物，得活性物质；
(2)将步骤(1)中的活性物质溶于无机弱酸中，加入双氧水，离心，向上清液中加入含镍离子的盐、含钴离子的盐和含锰离子的盐，调节上清液中镍离子、钴离子和锰离子的浓度；再向上清液中加入络合剂、沉淀剂，离心分离，烘干，得镍钴锰酸锂前驱体；
(3)所述镍钴锰酸锂前驱体中和含锂离子的化合物混合，煅烧、冷却、破碎、筛分。
进一步的，所述溶剂为酰胺类化合物、亚砜化合物和吡咯烷酮化合物中的一种或多种。
进一步的，所述溶剂的浓度为5-10mol/L。
进一步的，所述无机弱酸为碳酸、醋酸、磷酸中的一种或几种，所述无机弱酸的浓度为10-15mol/L。
进一步的，所述双氧水的浓度为0.5-2mol/L。
进一步的，所述含镍离子的盐为碳酸盐、醋酸盐或磷酸盐；所述含钴离子的盐为碳酸盐、醋酸盐或磷酸盐；所述含锰离子的盐为碳酸盐、醋酸盐或磷酸盐；
进一步的，所述含镍离子的盐、含钴离子的盐、含锰离子的盐的浓度均为2-3mol/L。
进一步的，所述络合剂为液氨，其浓度为0.5-2mol/L。
进一步的，所述沉淀剂为碳酸钠、氢氧化钠、草酸铵中的一种或多种，所述沉淀剂的浓度为4-6mol/L。
进一步的，所述含锂离子的化合物为碳酸锂、氢氧化锂中的一种或两种的混合物。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明可实现废旧锂动力电池中的集流体与活性材料的快速完全分离，并能够较好的保持集流体结构的完整性，利于二次使用、外售，回收的活性物质用于再次正极材料的合成；
2、本发明选择无机弱酸溶解正极活性物质，其优点在于：无机弱酸对人体及环境无毒副作用，且价格低廉，适用于工业化的推广；在溶解过程中添加双氧水，其优点在于能够加速溶解进程，并依据双氧水浓度的大小，控制溶解的速度；
3、本发明将废旧锂动力电池正极活性物质分离回收后，再次用于镍钴锰酸锂正极材料的合成，实现了稀缺资源的循环再利用；
4、本发明合成的镍钴锰酸锂正极材料其综合性能指标符合原产品的性能要求，且工艺简单，易操作，对锂离子电池制造业意义重大。
附图说明
图1为本发明的实施例1制备的镍钴锰酸锂的SEM图
图2为本发明的实施例1制备的镍钴锰酸锂的XRD图
图3为本发明的实施例1制备的镍钴锰酸锂在不同倍率下的放电曲线图
具体实施方式
参照附图1-3，对本发明的实施方式做具体的说明。
实施例1：
(1)将放电后的锂动力电池进行拆解，获得正电极。
(2)将正电极浸没于5mol/L的二甲基乙酰胺中，使正电极上活性物质与正电极的集流体分离。
(3)过滤分离集流体和活性物质，将分离出的活性材料经去离子水洗涤、离心、固体沉淀物在80℃条件烘干、破碎、振动分筛后，得到原废旧正电极的活性物质。
(4)将得到的活性物质溶于12mol/L的碳酸溶液中，活性物质与碳酸溶液的摩尔比为1:2，并加入1mol/L的双氧水，经离心后取上清液，上清液为含有镍离子、钴离子、锰离子的混合酸液，再通过滴定法检测上清液中的镍离子、钴离子、锰离子的浓度。
(5)根据步骤(4)测定的离子浓度，向步骤(4)的上清液中加入含有镍离子的碳酸盐、钴离子的碳酸盐、锰离子的碳酸盐，调节上清液中的镍离子、钴离子以及锰离子的浓度。
(6)再向调节了浓度的上清液中加入0.5mol/L的液氨络合剂，液氨与镍离子、钴离子以及锰离子的金属离子总浓度的比例为1﹕0.5。
(7)再向上清液中加入碳酸钠沉淀剂，碳酸钠与金属离子总浓度的比例为1.5﹕1；使镍钴锰的氢氧化物沉淀。
(8)将加入了沉淀剂后的上清液离心分离、烘干后，得到镍钴锰酸锂前驱体。
(9)按碳酸锂与镍钴锰酸锂前驱体质量比为1.2:1的比例进行混合，然后将混合物在高温下煅烧，冷却至室温后，将混合物破碎、振动分筛，得到镍钴锰酸锂正极材料。
本实施例1合成的镍钴锰酸锂正极材料的SEM、XRD测试如图1、2示，该材料保持了之前良好的球状结构，颗粒尺寸基本无明显变化,晶体结构未发生变化；
实施例1合成的镍钴锰酸锂正极材料在不同倍率下的放电曲线如图3所示，0.1C首次放电比容量为190.55mAh/g，在1C和2C倍率下的放电比容量分别为180.3mAh/g、159.44mAh/g。
实施例2：
(1)将放电后的锂动力电池进行拆解，获得正电极。
(2)将正电极浸没于8mol/L的二甲基乙酰胺中，使电极的活性材料与集流体分离。
(3)过滤分离集流体和活性物质，将分离出的活性材料经去离子水洗涤、90℃条件烘干、破碎、振动分筛后，得到原废旧正电极的活性物质。
(4)将步骤(3)所得正极活性物质溶于15mol/L的醋酸溶液中，活性物质与醋酸溶液的摩尔比为1:2，并加入0.5mol/L的双氧水后，经离心后取上清液得到含有镍、钴、锰的混合酸液，再通过滴定法检测混合酸液中镍、钴、锰离子的浓度。
(5)根据步骤(4)测定的离子浓度，向步骤(4)混合酸液中加入含有镍离子的的醋酸盐、含钴离子的醋酸盐、含锰离子的醋酸盐，调节溶液中各离子的浓度。
(6)再向调节了浓度的上清液中加入1mol/L的液氨络合剂，其与金属离子总浓度的比例为1﹕0.5。
(7)再向上清液中加入氢氧化钠沉淀剂，氢氧化钠其与金属离子浓度的比例为1.5﹕1；使镍钴锰氢氧化物沉淀。
(8)将加入了沉淀剂后的上清液离心分离、烘干后，得到镍钴锰酸锂前驱体。
(9)按氢氧化锂与镍钴锰酸锂前驱体质量比为1.2:1的比例进行混合，然后在高温下煅烧，冷却至室温后，破碎、振动分筛，得到镍钴锰酸锂正极材料。
实施例3：
(1)将放电后的锂动力电池进行拆解，获得正电极。
(2)将正电极浸没于10mol/L的二甲基乙酰胺中，使正电极上活性物质与正电极的集流体分离。
(3)过滤分离集流体和活性物质，将分离出的活性材料经去离子水洗涤、离心、固体沉淀物在90℃条件烘干、破碎、振动分筛后，得到原废旧正正极活性物质。
(4)将步骤(3)所得正极活性物质溶于15mol/L的磷酸溶液中，活性物质与磷酸溶液的摩尔比为1:2，并加入2mol/L的双氧水后，上清液为含有镍、钴、锰的混合酸液，通过滴定法检测混合酸液中镍、钴、锰离子的浓度。
(5)根据步骤(4)测定的离子浓度，向步骤(4)对的上清液中加入含有镍、钴、锰的磷酸盐，调节上清液中各离子的浓度。
(6)再向调节了浓度的上清液中加入2mol/L的液氨络合剂，液氨与金属离子总浓度的比例为1﹕0.5。
(7)再向上清液中加入草酸铵沉淀剂，草酸铵与金属离子浓度的比例为1.5﹕1；使镍钴锰氢氧化物沉淀。
(8)将加入了沉淀剂后的上清液离心分离、烘干后，得到镍钴锰酸锂前驱体。
(9)按碳酸锂、氢氧化锂与镍钴锰酸锂前驱体质量比为1.2:1的比例进行混合，然后在高温下煅烧，冷却至室温后，破碎、振动分筛，得到镍钴锰酸锂正极材料。
实施例4：
(1)将放电后的锂动力电池进行拆解，获得正电极。
(2)将正电极浸没于8mol/L的二甲基乙酰胺中，使正电极上的活性材料与集流体分离。
(3)过滤分离集流体和活性物质，将分离出的活性材料经去离子水洗涤、离心、固体沉淀物在100℃条件烘干、破碎、振动分筛后，得到原废旧正电极的活性物质。
(4)将步骤(3)所得正极活性物质溶于15mol/L的碳酸溶液中，正极活性物质与碳酸溶液的摩尔比为1:2，并加入1.5mol/L的双氧水后，经离心后取上清液，上清液位含有镍、钴、锰的混合酸液，通过滴定法检测上清液中镍、钴、锰离子的浓度。
(5)根据步骤(4)测定的离子浓度，向步骤(4)的上清液中加入含有镍、钴、锰的碳酸盐，调节上清液中各离子的浓度。
(6)再向调节了浓度的上清液中加入1.5mol/L的液氨络合剂，液氨与金属离子总浓度的比例为1﹕0.5。
(7)加入碳酸钠沉淀剂，碳酸钠与金属离子浓度的比例为2﹕1；使镍钴锰氢氧化物沉淀。
(8)将加入了沉淀剂后的上清液离心分离、烘干后，得到镍钴锰酸锂前驱体。
(9)按碳酸锂与镍钴锰酸锂前驱体质量比为1.2:1的比例进行混合，然后将混合物在高温下煅烧，冷却至室温后，破碎、振动分筛，得到镍钴锰酸锂正极材料。
实施例5：
(1)将放电后的锂动力电池进行拆解，获得正电极。
(2)将正电极浸没于10mol/L的二甲基乙酰胺中，使活性材料与集流体分离。
(3)过滤分离集流体和活性物质，将分离出的活性材料经去离子水洗涤、离心、固体沉淀物在90℃条件烘干、破碎、振动分筛后，得到原废旧正电极的活性物质。
(4)将得到的活性物质溶于15mol/L的醋酸溶液中，正极活性物质与醋酸溶液的摩尔比为1:2，并加入1mol/L的双氧水后，经离心后取上清液得到含有镍、钴、锰的混合酸液，通过滴定法检测上清液中的镍、钴、锰离子的浓度。
(5)根据步骤(4)测定的离子浓度，向步骤(4)上清液中加入含有镍、钴、锰的磷酸盐，调节溶液中各离子的浓度。
(6)再向调节了浓度的上清液中加入0.8mol/L的液氨，其与金属离子总浓度的比例为1﹕0.5。
(7)再向上清液中加入氢氧化钠沉淀剂，其与金属离子浓度的比例为2﹕1；使镍钴锰氢氧化物沉淀。
(8)将加入了沉淀剂后的上清液离心分离、烘干后，得到镍钴锰酸锂前驱体。
(9)按碳酸锂与镍钴锰酸锂前驱体质量比为1.2:1的比例进行混合，然后在混合物在高温下煅烧，冷却至室温后，将混合物破碎、振动分筛，得到镍钴锰酸锂正极材料。

Claims (10)

1.一种以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法,包括以下步骤：
(1)拆解放电后的锂动力电池，得到正电极；将所述正电极浸没于溶剂中，过滤，离心滤液，得到固体沉淀物，烘干、破碎固体沉淀物，得活性物质；
(2)将步骤(1)中的活性物质溶于无机弱酸中，加入双氧水，离心，向上清液中加入含镍离子的盐、含钴离子的盐和含锰离子的盐，调节上清液中镍离子、钴离子和锰离子的浓度；再向上清液中加入络合剂、沉淀剂，离心分离，烘干，得镍钴锰酸锂前驱体；
(3)所述镍钴锰酸锂前驱体中和含锂离子的化合物混合，煅烧、冷却、破碎、筛分。
2.根据权利要求1所述的以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法，其特征在于：所述溶剂为酰胺类化合物、亚砜化合物和吡咯烷酮化合物中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法，其特征在于：所述溶剂的浓度为5-10mol/L。
4.根据权利要求1所述的以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法，其特征在于：所述无机弱酸为碳酸、醋酸、磷酸中的一种或几种，所述无机弱酸的浓度为10-15mol/L。
5.根据权利要求1所述的以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法，其特征在于：所述双氧水的浓度为0.5-2mol/L。
6.根据权利要求1所述的以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法，其特征在于：所述含镍离子的盐为碳酸盐、醋酸盐或磷酸盐；所述含钴离子的盐为碳酸盐、醋酸盐或磷酸盐；所述含锰离子的盐为碳酸盐、醋酸盐或磷酸盐。
7.根据权利要求1所述的以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法，其特征在于：所述含镍离子的盐、含钴离子的盐、含锰离子的盐的浓度均为2-3mol/L。
8.根据权利要求1所述的以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法，其特征在于：所述络合剂为液氨，其浓度为0.5-2mol/L。
9.根据权利要求1所述的以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法，其特征在于：所述沉淀剂为碳酸钠、氢氧化钠、草酸铵中的一种或多种，所述沉淀剂的浓度为4-6mol/L。
10.根据权利要求1所述的以废旧锂动力电池分离的活性物质为原料合成镍钴锰酸锂的方法，其特征在于：所述含锂离子的化合物为碳酸锂、氢氧化锂中的一种或两种的混合物。
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