CN110257631A - 一种分离废旧锂离子电池正极中锂和其他金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分离废旧锂离子电池正极中锂和其他金属的方法，具体是以废旧锂离子电池正极活性材料的酸性浸出液为电解液，向其中插入阳极和阴极，然后将阳极和阴极通电进行电解，电解完成后，对电解所得物料进行固液分离，液体为含锂的溶液，固体则为其他金属的混合物或沉积物。本发明所述方法工艺简单、可实现锂和其他金属的快速分离且锂的损失少。

Description

一种分离废旧锂离子电池正极中锂和其他金属的方法
技术领域
本发明涉及废旧锂离子电池的回收处理，具体涉及一种分离废旧锂离子电池正极中锂和其他金属的方法。
背景技术
锂离子电池具有能量密度高，工作电压高，使用寿命长，无记忆效应等特点，其性能优于其他各类二次电池，广泛应用于手机、笔记本等电子设备、以及电动汽车、混合动力汽车等领域。随着锂离子电池技术的发展，锂离子电池正极材料从钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、二元正极材料、发展到第三代正极材料—三元NCM/NCA正极材料时代。特别是NCM111、NCM523已量产化的正极材料，具有循环寿命长、稳定性高、导电性强等优势，已作为便携式储能产品和新能源电动汽车动力核心部件而广泛应用。锂离子电池是一种消耗品，其使用寿命一般为3-5年。随着国民经济的发展，二次电池的消费逐渐增多，所产生的废旧锂离子电池数量也大幅增长。预计2019年动力锂离子电池回收量将达11GWh，占整个锂离子电池回收总量的1/3左右。随着国家对新能源汽车的推进，预计到2020年动力型锂离子电池回收量将达32.2GWh，近50万吨。废旧锂离子电池中含有大量有价金属如钴、镍、锰、锂、铝、铜等,这些有价金属属于二次资源，对其加以回收利用具有显著的经济效益。若废旧锂离子电池处置不当，不仅会造成资源的浪费，更会对环境产生严重污染，最后经过长时间的生物链富集作用聚集到人体中，对人体健康造成严重危害。
现有技术中通常采用酸溶液浸出锂离子电池正极活性物质中的锂、镍、钴、锰、铁等金属，使之以离子的形式转入溶液中，然后采用沉淀法或溶剂萃取法分离其中的金属离子。其中沉淀法需要多次加入碱性沉淀剂，分别沉淀铁、镍、钴、锰等离子，存在沉淀剂消耗较多且沉淀过程锂的夹带损失较大的不足；而溶剂萃取法虽可以逐一分离金属离子，但工艺流程较长。
因此，有必要寻求一种工艺简单、损失少的能够将锂和其他金属快速分离的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、可实现锂和其他金属的快速分离且锂的损失少的分离废旧锂离子电池正极中锂和其他金属的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种分离废旧锂离子电池正极中锂和其他金属的方法，包括：以废旧锂离子电池正极活性材料的酸性浸出液为电解液，向其中插入阳极和阴极，然后将阳极和阴极通电进行电解，电解完成后，对电解所得物料进行固液分离，液体为含锂的溶液，固体则为其他金属的混合物或沉积物。
本发明所述方法中，所述的废旧锂离子电池正极活性材料的酸性浸出液是指采用酸溶液对废旧锂离子电池的正极片或者是由正极片上剥离下来的物质进行浸出所得的溶液。其中酸溶液的选择及其浓度与现有技术相同，具体的，酸溶液可以是盐酸溶液、硫酸溶液或者是硫酸溶液与双氧水的混合液，所述双氧水中过氧化氢的含量为10-30w/w％；当酸溶液为硫酸溶液与双氧水的混合液时，硫酸溶液与双氧水的混合比例为30-80：5-50(体积比)。对于酸溶液的浓度，优选为0.5-5mol/L。所述废旧锂离子电池的正极片或者是由正极片上剥离下来的物质采用现有常规方法进行获得，通常需要先对废旧锂离子电池进行放电，然后拆解，再收集正极片，或更进一步收集正极片上的物质。当是对正极片进行浸出时，为了更利于浸出，优选是将正极片进行破碎后再进行浸出。所述浸出可以在加热或不加热的条件下进行，具体可在25-95℃条件下进行，浸出的时间根据需要进行确定，优选为≥30min，更优选为1-7h。
本发明所述方法中，阳极和阴极的选择与现有技术相同，通常是以铂片或石墨片为阳极，以铝片或铜片或石墨片为阴极。
本发明所述方法中，连通阳极和阴极的电源为直流电源，电压与现有技术相同，优选是在1-40V的条件下进行电解，更优选是在5-32V的条件下进行电解。对于电解的时间，通常≥10min，优选为30-90min，在该时间范围内即可实现锂离子与其他金属离子的分离。
本发明所述方法中，当废旧锂离子电池的正极活性物质为镍钴锰酸锂时，进行固液分离所得的固体为镍钴锰的混合物；当废旧锂离子电池的正极活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂或锰酸锂时，进行固液分离所得的固体对应为铁沉积物、钴沉积物或锰沉积物。
与现有技术相比，本发明的特点在于：
1、本发明所述方法适用范围广，含不同种类活性物质的废旧锂离子电池均可采用本发明所述方法来分离锂和其他金属。
2、本发明所述方法通过一步电解法实现了正极活性物质酸浸液中锂与其他金属快速且完全的分离，锂留存于溶液中，后续可用于制备碳酸锂、氢氧化锂；镍钴锰及铁等金属以混合物或沉积物的形式进入渣中，后续可用于制备镍钴锰酸锂正极材料的前驱体镍钴锰氧化物或磷酸铁。本发明所述方法分离步骤少、生产周期短、成本低，且锂的损失少。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述，以更好地理解本发明的内容，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
1)将废旧镍钴锰酸锂电池按现有常规技术进行放电后拆解，收集其中的正极片，粉碎，所得粉碎料用3mol/L盐酸溶液于60℃条件下浸出溶解1h，过滤，收集液体，即得到浸出液；
2)以铂片为阳极，以铝片为阴极，以步骤1)所得浸出液为电解液，然后将阳极和阴极通电，在电压为16V条件下进行电解60min；
3)电解完成后，对电解所得物料进行过滤，滤液为含锂的溶液，滤渣为镍钴锰的混合物。
测定步骤3)所得滤液中的锂浓度，经计算，废旧电池中锂的回收率为100％。
测定步骤3)所得滤液中的镍、钴和锰的浓度，分别为0.0001ppm、0.0003ppm和0.0007ppm。
测定步骤3)所得滤渣中的锂含量为0.00002ppm。
实施例2
1)将废旧磷酸铁锂电池按现有常规技术进行放电后拆解，收集其中的正极片，粉碎，所得粉碎料用4mol/L盐酸溶液于70℃条件下浸出溶解1h，过滤，收集液体，即得到浸出液；
2)以铂片为阳极，以石墨片为阴极，以步骤1)所得浸出液为电解液，然后将阳极和阴极通电，在电压为28V条件下进行电解30min；
3)电解完成后，对电解所得物料进行过滤，滤液为含锂的溶液，滤渣为铁沉积物。
测定步骤3)所得滤液中锂的浓度，经计算，废旧电池中锂的回收率为100％。
测定步骤3)所得滤液中铁的浓度，为0.00005ppm。
测定步骤3)所得滤渣中锂的含量，为0.0001ppm
实施例3
1)将废旧镍钴锰酸锂电池按现有常规技术进行放电后拆解，收集其中的正极片，粉碎，所得粉碎料用由2mol/L硫酸溶液与双氧水(过氧化氢含量为15w/w％)按70：30的体积比组成的混合液于40℃条件下浸出溶解1h，过滤，收集液体，即得到浸出液；
2)以石墨片为阳极，以铝片为阴极，以步骤1)所得浸出液为电解液，然后将阳极和阴极通电，在电压为24V条件下进行电解20min；
3)电解完成后，对电解所得物料进行过滤，滤液为含锂的溶液，滤渣为镍钴锰的混合物。
测定步骤3)所得滤液中锂的浓度，经计算，废旧电池中锂的回收率为100％。
测定步骤3)所得滤液中的镍、钴、锰的浓度，分别为0.00009ppm、0.0006ppm和0.0003ppm。
测定步骤3)所得滤渣中锂的含量，为0.00007ppm。
实施例4
1)将废旧磷酸铁锂电池按现有常规技术进行放电后拆解，收集其中的正极片，粉碎，所得粉碎料用3mol/L硫酸溶液于40℃条件下浸出溶解1h，过滤，收集液体，即得到浸出液；
2)以铂片为阳极，以铜片为阴极，以步骤1)所得浸出液为电解液，然后将阳极和阴极通电，在电压为18V条件下进行电解80min；
3)电解完成后，对电解所得物料进行过滤，滤液为含锂的溶液，滤渣为铁沉积物。
测定步骤3)所得滤液中锂的浓度，经计算，废旧电池中锂的回收率为100％。
测定步骤3)所得滤液中铁的浓度，为0.00008ppm。
测定步骤3)所得滤渣中锂的含量，为0.00007ppm。
实施例5
1)将废旧钴酸锂电池按现有常规技术进行放电后拆解，收集其中的正极片，粉碎，所得粉碎料用由3mol/L硫酸溶液与双氧水(过氧化氢含量为30w/w％)按80：10的体积比组成的混合液于90℃条件下浸出溶解50min，过滤，收集液体，即得到浸出液；
2)以铂片为阳极，以石墨片为阴极，以步骤1)所得浸出液为电解液，然后将阳极和阴极通电，在电压为18V条件下进行电解80min；
3)电解完成后，对电解所得物料进行过滤，滤液为含锂的溶液，滤渣为钴沉积物。
测定步骤3)所得滤液中锂的浓度，经计算，废旧电池中锂的回收率为100％。
测定步骤3)所得滤液中钴的浓度，为0.00008ppm。
测定步骤3)所得滤渣中锂的含量，为0.00007ppm。
实施例6
1)将废旧锰酸锂电池按现有常规技术进行放电后拆解，收集其中的正极片，粉碎，所得粉碎料用2mol/L盐酸溶液于40℃条件下浸出溶解40min，过滤，收集液体，即得到浸出液；
2)以石墨片为阳极，以铜片为阴极，以步骤1)所得浸出液为电解液，然后将阳极和阴极通电，在电压为32V条件下进行电解40min；
3)电解完成后，对电解所得物料进行过滤，滤液为含锂的溶液，滤渣为锰沉积物。
测定步骤3)所得滤液中锂的浓度，经计算，废旧电池中锂的回收率为100％。
测定步骤3)所得滤液中锰的浓度，为0.00008ppm。
测定步骤3)所得滤渣中锂的含量，为0.00001ppm。

Claims (8)

1.一种分离废旧锂离子电池正极中锂和其他金属的方法，其特征在于：以废旧锂离子电池正极活性材料的酸性浸出液为电解液，向其中插入阳极和阴极，然后将阳极和阴极通电进行电解，电解完成后，对电解所得物料进行固液分离，液体为含锂的溶液，固体则为其他金属的混合物或沉积物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述废旧锂离子电池正极活性材料的酸性浸出液是采用酸溶液对废旧锂离子电池的正极片或者是由正极片上剥离下来的物质进行浸出所得的溶液。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的酸溶液为盐酸溶液、硫酸溶液或者是硫酸溶液与双氧水的混合液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：电解在电压为1-40V的条件下进行。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：电解的时间≥10min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：电解的时间为30-90min。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：以铂片或石墨片为阳极，以铝片或铜片或石墨片为阴极。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于：当废旧锂离子电池的正极活性物质为镍钴锰酸锂时，进行固液分离所得的固体为镍钴锰的混合物；当废旧锂离子电池的正极活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂或锰酸锂时，进行固液分离所得的固体对应为铁沉积物、钴沉积物或锰沉积物。
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