CN110951968A - 一种废弃锂电池回收钴离子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种废弃锂电池回收钴离子的方法，包括以下操作步骤：(1)将废弃锂电池放电后进行破碎和拆解，得到电池正极材料；(2)将电池正极材料放入炉中，热解处理，得到正极粉末；(3)将正极粉末加入至酸浸出液中直至正极粉末完全溶解变成澄清溶液时，浸出反应结束；(4)将浸出液加入至双水相体系中，静置处理，待其完全分相后，用移液枪吸取上下相于新的离心管中，中间相界面处的液体舍弃，钴离子回收完成。本发明提供的一种废弃锂电池回收钴离子的方法，操作简单，成本低廉，钴离子的回收率高。

Description

一种废弃锂电池回收钴离子的方法
技术领域
本发明废电池回收利用技术领域，具体涉及一种废弃锂电池回收 钴离子的方法。
背景技术
锂离子电池具有非常广泛的应用范围，随着平板电脑、智能手机 和超级本的使用量增加，预计在2020年左右，传统小型锂离子电池 的应用会呈现大幅度增加的趋势。与此同时，大批废旧的锂离子电池 的回收利用问题愈发凸显，利用填埋、焚烧等传统方法处理废旧锂离 子电池，既浪费了资源，又对环境造成了污染，甚至还会给人体健康 带来危害。我国现有的废旧锂离子电池回收企业主要集中在珠江三角 区和长江三角区，虽然数量很多且规模较大，但是回收工艺都比较落 后，尤其是对锂电池内的钴离子回收率较低。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种可有效的提升钴 离子回收率的的废弃锂电池回收钴离子的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种废弃锂电池回收钴离子的方法，包括以下操作步骤：
(1)将废弃锂电池放电后进行破碎和拆解，得到电池正极材料；
(2)将电池正极材料放入500-600℃的炉中，热解处理15-20min 后，冷却至室温，得到正极粉末；
(3)将正极粉末加入至酸浸出液中，料液比为1g:40-50ml，直 至正极粉末完全溶解变成澄清溶液时，浸出反应结束；
(4)将浸出液加入至双水相体系中，浸出液与双水相体系的体 积比为1:25-35，静置处理20-24h，待其完全分相后，用移液枪吸取 上下相于新的离心管中，中间相界面处的液体舍弃，钴离子回收完成， 其中双水相体系由水、乙二醇丁醚、氯化钠制成，其中水和乙二醇丁 醚的质量比为1:0.8-1.2，氯化钠质量占溶液总质量的1-3％，双水相 体系的pH值为1-2。
具体地，上述步骤(1)中，废弃锂电池放电的操作为：将 5mol·L-1NaCl溶液倒入不锈钢小盆中，将待放电电池浸泡于其中， 浸泡时间为120min。
具体地，上述步骤(1)中，电池正极材料包括集流体的铝箔、 储存电量的钴锂氧化物、导电剂炭黑以及起粘结作用的粘结剂。
具体地，上述步骤(2)中，冷却至室温时，将加热装置的开口 关闭后自然冷却至室温。
具体地，上述步骤(3)中，酸浸出液由2mol·L-1H2SO4溶液和 30％H2O2溶液按照体积比为4-6:1的比例制成。
由以上的技术方案可知，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种废弃锂电池回收钴离子的方法，操作简单，成 本低廉，钴离子的回收率高。本发明中，对废弃锂电池进行放电处理 后，可有效的避免拆解时着火甚至爆炸现象的发生；本发明选用的热 解处理方法，可以使粘结剂完全被蒸发和分解，并且可以从铝箔中分 离出正极活性物质，分离效果良好，在本发明的热解处理温度下，铝 箔仍保持完好；本发明选用双水相体系萃取工艺，对钴元素的单次萃 取率最高，可以达到24.29％左右。
附图说明
图1为不同热处理温度下恒温15min的正极材料图解：(a)在 450℃时；(b)在500℃时；(c)在550℃时；(d)在600℃时；(e)在650℃ 时；(f)在700℃时。
图2为正极粉末的浸出液示意图。
图3为废弃电池正极粉末电镜扫描图片，其中(a)放大倍数1000 倍；(b)放大倍数5000倍；(c)放大倍数10000倍；(d)放大倍 数50000倍。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对 本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明 具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪 器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种废弃锂电池回收钴离子的方法，包括以下操作步骤：
(1)将废弃锂电池放电后进行破碎和拆解，得到电池正极材料， 废弃锂电池放电的操作为：将5mol·L-1NaCl溶液倒入不锈钢小盆中， 将待放电电池浸泡于其中，浸泡时间为120min，电池正极材料包括 集流体的铝箔、储存电量的钴锂氧化物、导电剂炭黑以及起粘结作用 的粘结剂；
(2)将电池正极材料放入炉中，热解处理15min后，冷却至室 温，得到正极粉末，其中冷却至室温时，将加热装置的开口关闭后自 然冷却至室温。
本实施例中热解处理温度在450℃-700℃范围内，通过本实施例 发现，对比热解处理前的正极材料，在450℃热解处理时，正极材料 没有变化，正极活性物质没有从铝箔上剥离，分离现象还不够清楚， 表明粘结剂或电解质在此温度下并没有完全蒸发或分解，当热解处理 温度从500℃到600℃时，分离效率逐渐提高，当温度高于600℃时， 铝箔易破碎，使正极活性物质难以分离，当温度达到700℃时，这种 现象更为严重。因此，550℃是将正极极活性物质与铝箔分离的最佳 温度，大部分粘结剂在此过程中都会被蒸发或完全分解；从铝箔中分 离出正极活性物质，分离效果良好，在最佳温度下，铝箔仍保持完好。
实施例2
一种废弃锂电池回收钴离子的方法，包括以下操作步骤：
(1)将废弃锂电池放电后进行破碎和拆解，得到电池正极材料；
(2)将电池正极材料放入550℃的炉中，热解处理18min后， 冷却至室温，得到正极粉末；
(3)将正极粉末加入至酸浸出液中，料液比为1g:45ml，直至 正极粉末完全溶解变成澄清溶液时，如图2所示，浸出反应结束；如 图3所示，对热解处理后电池的正极活性粉末进行扫描电镜分析，在 1000倍放大倍数下，粉末呈颗粒大小均匀的近似球体，放大倍数为5000倍时，可以看到颗粒表面有一些附着物，从放大10000倍和50000 倍的照片来看，可以确定这些附着物是从铝箔上脱落的金属铝粉末， 其中酸浸出液由2mol·L-1H2SO4溶液和30％H2O2溶液按照体积比为 4-6:1的比例制成；
(4)将浸出液加入至双水相体系中，浸出液与双水相体系的体 积比为1:30，静置处理22h，待其完全分相后，用移液枪吸取上下相 于新的离心管中，中间相界面处的液体舍弃，钴离子回收完成，其中 双水相体系由水、乙二醇丁醚、氯化钠制成，其中水和乙二醇丁醚的 质量比为1:1.0，氯化钠质量占溶液总质量的2％，双水相体系的pH 值为1，本实施例通过火焰原子吸收分光光度计对双水相萃取体系的 上下相中钴元素浓度的测量，得到表中数据：
Figure BDA0002163870290000051
注1)萃取分配比＝上相含量/下相含量；
注2)萃取率＝上相含量/(上相含量+下相含量)。
由表1可知，本实施例提供的一种废弃锂电池回收钴离子的方法， 钴离子的单次萃取率可以达到24.29％左右，显著提高了钴离子的萃 取效率。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施 例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范 围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本 领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种废弃锂电池回收钴离子的方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
(1)将废弃锂电池放电后进行破碎和拆解，得到电池正极材料；
(2)将电池正极材料放入500-600℃的炉中，热解处理15-20min后，冷却至室温，得到正极粉末；
(3)将正极粉末加入至酸浸出液中，料液比为1g:40-50ml，直至正极粉末完全溶解变成澄清溶液时，浸出反应结束；
(4)将浸出液加入至双水相体系中，浸出液与双水相体系的体积比为1:25-35，静置处理20-24h，待其完全分相后，用移液枪吸取上下相于新的离心管中，中间相界面处的液体舍弃，钴离子回收完成，其中双水相体系由水、乙二醇丁醚、氯化钠制成，其中水和乙二醇丁醚的质量比为1:0.8-1.2，氯化钠质量占溶液总质量的1-3％，双水相体系的pH值为1-2。
2.根据权利要求1所述的一种废弃锂电池回收钴离子的方法，其特征在于，上述步骤(1)中，废弃锂电池放电的操作为：将5mol·L-1NaCl溶液倒入不锈钢小盆中，将待放电电池浸泡于其中，浸泡时间为120min。
3.根据权利要求1所述的一种废弃锂电池回收钴离子的方法，其特征在于，上述步骤(1)中，电池正极材料包括集流体的铝箔、储存电量的钴锂氧化物、导电剂炭黑以及起粘结作用的粘结剂。
4.根据权利要求1所述的一种废弃锂电池回收钴离子的方法，其特征在于，上述步骤(2)中，冷却至室温时，将加热装置的开口关闭后自然冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的一种废弃锂电池回收钴离子的方法，其特征在于，上述步骤(3)中，酸浸出液由2mol·L-1H2SO4溶液和30％H2O2溶液按照体积比为4-6:1的比例制成。
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