CN111206151A - 一种回收三元锂离子动力电池正极片中有价金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂电池材料回收技术领域，提供了一种回收三元锂离子动力电池正极片中有价金属的方法。本发明利用铝具有还原性，且正极片中钴镍锰均为高价氧化物的特性，采用铝热还原法直接回收正极片中钴镍锰，还原得到金属锭为钴镍锰合金，料渣通过球磨水浸分离回收锂和铝。本发明提供的方法最终可以得到镍钴锰合金、氧化铝和氢氧化锂三种产品，且工艺流程短、效率高、所需辅料少、能耗低，并且由于正极片中本来含有铝箔，仅添加少量铝粉即可实现钴镍锰氧化物的还原。

Description

一种回收三元锂离子动力电池正极片中有价金属的方法
技术领域
本发明涉及锂电池材料回收技术领域，特别涉及回收三元锂离子动力电池正极片中有价金属的方法。
背景技术
三元锂离子动力电池的正极片以铝箔为集流体，铝箔上涂覆有正极材料，正极材料为由镍钴锰锂铝按照不同比例组成的化合物。在动力电池报废后，通常需将电池回收处理，尤其将正极片中有价金属元素回收，正极片中主要金属元素为钴镍锰锂铝元素，这些元素具有较高的经济价值。
目前的回收工艺中往往是将正极片中的正极粉与铝箔剥离，然后将正极粉进行浸出、料液除杂、萃取分离等工序，从而实现镍钴锰等金属元素的回收再利用，存在流程长，酸、碱及有机相等辅料物质消耗较多的缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种工艺流程短、效率高、辅料少、能耗低的回收三元锂离子动力电池正极片中有价金属的方法，实现正极片的高效回收利用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种回收三元锂离子动力电池正极片中有价金属的方法，包括以下步骤：
将三元锂离子动力电池正极片破碎，得到正极片粉料；
将所述正极片粉料与铝粉和硝酸锂混合，得到混合料；
将所述混合料进行还原焙烧，得到钴镍锰合金和料渣；
将所述料渣进行球磨水浸，固液分离后得到氧化铝粉末和氢氧化锂溶液；
将所述氢氧化锂溶液进行蒸发结晶，得到氢氧化锂固体。
优选的，所述正极片粉料的粒径为0.1～2mm。
优选的，所述混合料中铝的质量为正极片粉料质量的28～35％。
优选的，所述硝酸锂的质量为所述正极片粉料和铝粉总质量的1～2％。
优选的，所述还原焙烧的气氛为惰性气氛，焙烧温度为550～650℃，时间为10～30min。
优选的，所述球磨水浸中水的质量为料渣质量的4～6倍。
优选的，所述球磨水浸的球磨转速为400～600r/min，时间为20～30min。
优选的，所述蒸发结晶在微波加热条件下进行。
优选的，所述微波加热的温度为100℃，时间为30～60min。
本发明提供了一种回收三元锂离子动力电池正极片中有价金属的方法，包括以下步骤：将三元锂离子动力电池正极片破碎，将得到的正极片粉料、铝粉和硝酸锂混合，然后将所述混合料进行还原焙烧，得到钴镍锰合金和料渣；将所述料渣进行球磨水浸，固液分离后得到氧化铝粉末和氢氧化锂溶液，氢氧化锂溶液蒸发结晶后得到氢氧化锂固体。本发明利用铝具有还原性，且正极片中钴镍锰均为高价氧化物的特性，采用铝热还原法直接回收正极片中钴镍锰，料渣进行球磨水浸分离回收锂和铝。本发明提供的方法工艺流程短、效率高、所需辅料少、能耗低，并且由于正极片中本来含有铝箔，仅添加少量铝粉即可实现钴镍锰氧化物的还原。
附图说明
图1为本发明实施例中回收三元锂离子动力电池正极片中有价金属的流程示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种回收三元锂离子动力电池正极片中有价金属的方法，包括以下步骤：
将三元锂离子动力电池正极片破碎，得到正极片粉料；
将所述正极片粉料、铝粉和硝酸锂混合，得到混合料；
将所述混合料进行还原焙烧，得到钴镍锰合金和料渣；
将所述料渣进行球磨水浸，固液分离后得到氧化铝粉末和氢氧化锂溶液；
将所述氢氧化锂溶液进行蒸发结晶，得到氢氧化锂固体。
本发明将三元锂离子动力电池正极片破碎，得到正极片粉料。本发明对所述三元锂离子动力电池正极片没有特殊要求，本领域技术人员熟知的三元锂离子动力电池正极片均可以使用本发明的方法回收。在本发明中，所述破碎的方法优选为剪切破碎；所述粉料的粒径优选为0.1～2mm，更优选为0.5～1.5mm。
得到正极片粉料后，本发明将所述正极片粉料、铝粉和硝酸锂混合，得到混合料。在本发明中，所述混合料中铝的质量优选为正极片粉料质量的28％～35％，更优选为32％～33％；所述混合料中铝的质量包括铝粉的质量和正极片粉料中所含铝的质量；所述正极片粉料中的铝来自于铝箔(正极片中铝箔的质量约为正极片质量的20％左右，铝箔的具体质量可通过取样分析法确定)，在本发明的具体实施例中，铝箔中所含铝的质量加上铝粉的质量即为混合料中所含铝的质量，本发明利用铝热还原法直接回收正极片中钴镍锰，正极片中的铝箔可直接作为还原剂，仅加入少量铝粉即可实现钴镍锰氧化物的还原，从而进一步降低本发明的成本；在本发明的具体实施例中，所述正极片粉料和铝粉质量比优选为100：8～13。
在本发明中，所述硝酸锂的质量为所述正极片粉料和铝粉总质量的1～2％，更优选为1.3～1.8％。本发明以硝酸锂作为铝热反应助剂，其作用为有效降低焙烧温度、减少反应时间，同时不引入其他金属杂质。
得到混合料后，本发明将所述混合料进行还原焙烧，得到钴镍锰合金和料渣。在本发明中，所述还原焙烧的气氛优选为惰性气氛，焙烧温度优选为550～650℃，更优选为580～620℃；时间优选为10～30min，更优选为15～25min。在本发明中，所述还原焙烧优选在高温炉中进行，本发明优选先抽真空，然后再向炉中通入惰性气体并升温进行还原焙烧；所述惰性气氛优选为氩气。在还原焙烧过程中发生铝热还原反应，正极片中的钴镍锰氧化物被还原，得到镍钴锰合金；以333型三元正极片废料为例，所述铝热还原反应的方程式如式I所示：
8Al+2Li3CoNiMnO6＝2Co+2Ni+2Mn+4Al2O3+3Li2O
式I。
在本发明中，所得镍钴锰合金可作为钢铁企业合金添加剂，也可以进一步分离使用，本发明对所述进一步分离的方法没有特殊要求，使用本领域技术人员熟知的方法即可。在本发明中，所述料渣的主要成分为氧化铝和氧化锂。
得到料渣后，本发明将所述料渣进行球磨水浸，固液分离后得到氧化铝粉末和氢氧化锂溶液。在本发明中，所述球磨水浸中水的质量优选为料渣质量的4～6倍，更优选为5倍；所述球磨水浸的球磨转速优选为400～600r/min，更优选为450～550r/min，时间优选为20～30min，更优选为25min；所述球磨水浸优选在行星球磨机中进行；在本发明中，所述固液分离优选为过滤；所述过滤用装置优选为布氏漏斗；球磨水浸过程中，氧化锂溶于水，形成氢氧化锂溶液，从而实现氧化铝和氧化锂的分离。
得到氢氧化锂溶液后，本发明将所述氢氧化锂溶液进行蒸发结晶，得到氢氧化锂固体。在本发明中，所述蒸发结晶优选在微波加热条件下进行，所述微波加热的温度优选为100℃，功率优选为600～900W，时间优选为30～60min，更优选为40～50min。蒸发结晶后，本发明优选将所述结晶产物分离并干燥，即可得到氢氧化锂固体。本发明在微波加热条件下进行蒸发结晶，能够实现水溶液的快速蒸发。
下面结合实施例对本发明提供的方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
图1为本发明实施例中回收三元锂离子动力电池正极片中有价金属的流程示意图。
下述实施例中使用的正极片100g中铝箔质量均为22g，正极材料的含量均为78g。
实施例1
取三元锂离子动力电池中剥离出来的正极片100g，剪切破碎为0.1～2mm，加入6g铝粉、1.2g硝酸锂混料，得到混合料，混合料中铝的质量为正极片粉料质量的28％；将混合料在氩气保护下于高温气氛炉中600℃焙烧30min，得到钴镍锰合金47.2g，料渣加入100mL水，放入行星球磨机中研磨，过滤滤饼烘干后得氧化铝36.4g，所得溶液置于微波加热反应装置中，在100℃下蒸发结晶50min，得到氢氧化锂固体19.1g。
实施例2
取三元锂离子动力电池中剥离出来的正极片100g，剪切破碎为0.1～2mm，加入8g铝粉，1.3g硝酸锂混料，得到混合料，混合料中铝的质量为正极片粉料质量的30％；将混合料在氩气保护下于高温气氛炉中700℃焙烧15min，得到钴镍锰合金48.3g，渣加入100mL水，放入行星球磨机中研磨，过滤烘干后得氧化铝37.4g，所得溶液置于微波加热反应装置中，在100℃下蒸发结晶40min，得到氢氧化锂固体19.3g。
实施例3
取三元锂离子动力电池中剥离出来的正极片100g，剪切破碎为0.1～2mm，加入10g铝粉，1.5g硝酸锂混料，得到混合料，混合料中铝的质量为正极片粉料质量的32％；将混合料在氩气保护下于高温气氛炉中800℃焙烧10min，得到钴镍锰合金48.2g，渣加入100mL水，放入行星球磨机中研磨，过滤烘干后得氧化铝35.5g，所得溶液置于微波加热反应装置中，在100℃下蒸发结晶50min，得到氢氧化锂固体20.3g。
实施例4
取三元锂离子动力电池中剥离出来的正极片100g，剪切破碎为0.1～2mm，加入6g铝粉，1.7g硝酸锂混料，得到混合料，混合料中铝的质量为正极片粉料质量的28％；将混合料在氩气保护下于高温气氛炉中700℃焙烧20min，得到钴镍锰合金47.3g，渣加入100mL水，放入行星球磨机中研磨，过滤烘干后得氧化铝36.1g，所得溶液置于微波加热反应装置中，在100℃下蒸发结晶60min，氢氧化锂固体19.6g。
实施例5
取三元锂离子动力电池中剥离出来的正极片100g，剪切破碎为0.1～2mm，加入10g铝粉，1.6g硝酸锂混料，得到混合料，混合料中铝的质量为正极片粉料质量的32％；将混合料在氩气保护下于高温气氛炉中750℃焙烧15min，得到钴镍锰合金48.9g，渣加入100mL水，放入行星球磨机中研磨，过滤烘干后得氧化铝39.2g，所得溶液置于微波加热反应装置中，在100℃下蒸发结晶50min，得到氢氧化锂固体18.7g。
由以上实施例可以看出，本发明提供的方法采用铝热还原法直接回收正极片中钴镍锰，利用球磨水浸分离料渣中的氧化铝和氧化锂，最终可得到镍钴锰合金、氧化铝和氢氧化锂三种产品。本发明提供的方法工艺流程短、效率高、所需辅料少、能耗低，仅添加少量铝粉即可实现钴镍锰氧化物的还原。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种回收三元锂离子动力电池正极片中有价金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将三元锂离子动力电池正极片破碎，得到正极片粉料；
将所述正极片粉料与铝粉和硝酸锂混合，得到混合料；
将所述混合料进行还原焙烧，得到钴镍锰合金和料渣；
将所述料渣进行球磨水浸，固液分离后得到氧化铝粉末和氢氧化锂溶液；
将所述氢氧化锂溶液进行蒸发结晶，得到氢氧化锂固体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正极片粉料的粒径为0.1～2mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合料中铝的质量为正极片粉料质量的28％～35％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硝酸锂的质量为所述正极片粉料和铝粉总质量的1～2％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原焙烧的气氛为惰性气氛，还原焙烧的温度为550～650℃，时间为10～30min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球磨水浸中水的质量为料渣质量的4～6倍。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述球磨水浸的球磨转速为400～600r/min，时间为20～30min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蒸发结晶在微波加热条件下进行。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述微波加热的温度为100℃，时间为30～60min。
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