CN113584312A - 一种从废弃锂电池正极片电化学优先提锂的方法 - Google Patents
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Abstract
一种从废弃锂电池正极片电化学优先提锂的方法，涉及一种从废弃锂电池正极片优先提锂的方法。本发明是要解决传统后端酸浸提锂工艺存在锂回收率低、纯度低、酸耗大，且现有前端提锂技术焙烧温度高、安全风险大的技术问题。本发明利用锂离子电池充电原理可实现在破碎正极极片之前实现对锂的高选择性优先提取，突破之前工艺流程中回收流程过长，能耗过大，污染严重等技术瓶颈。本发明探索出运用此方法所适合的电化学浸出电压、提锂电解质、前处理电极材料和沉淀剂等条件，回收高纯度锂盐，实现废弃锂电池正极片的前端优先提锂，使得锂能够再生回用，实现废弃锂电池资源的循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种从废弃锂电池正极片优先提锂的方法。
背景技术
新能源汽车是国家战略性新兴产业，动力电池是其核心部件。2020年4月，工信部发布了第331批《道路机动车辆生产企业及产品公告》，进行申报的新能源汽车共有306款。随着新能源产业不断壮大，电子产品和电动汽车的兴起，废弃电池产量急剧增大。锂电池使用到一定年限，要面临退役的问题。如果废弃锂电池不能妥当处理，正极材料中渗出的重金属会随着大气、水和土壤不断迁移，可能转化为毒性更强的化合物，造成水体和土壤的污染。电解质溶剂和粘结剂的分解和水解产物会引发醛、酮、甲醇等有机物污染。进入生态系统中的重金属和有机物会通过食物链富集在高等生物体内，对生态系统和人类健康产生很大的危害。各种锂电池中锂含量都超过1％，显著高于我国开发利用的锂矿，同时碳酸锂的价格高达50000元/吨。如果能将退役电池回收再利用，不仅能够使企业盈利，同时还能保护环境。
在众多电池正极材料中，锂电池因其杰出的高温性能和稳定性、极好的循环寿命和使用体验，一直备受欢迎，其市场份额不断提高，但伴随着废弃量也在激增。常规废弃的锂电池回收方法是先进行预处理，然后再进行火法冶金或湿法冶金，火法即将回收的各类电池统一高温煅烧，其产物作为二次合金出售，方法简单却难以针对性回收。湿法冶金方法难以将90％以上的Li都提取出来，是由于其离子本身过小，难以分离吸附捕捉，所以与其选择性的分离吸附，不如进行选择性的浸出，另外在预处理过程中想要做到对后续工艺尽量少的增添金属杂质，在于处理时需要进行精准拆解，将电极材料与箔片拆分，但这会消耗大量人力物力，所以直接进行正极片的浸出将是在一种很好的选择。
发明内容
本发明是要解决传统后端酸浸提锂工艺存在锂回收率低、纯度低、酸耗大，且现有前端提锂技术焙烧温度高、安全风险大的技术问题，而提供一种从废弃锂电池正极片电化学优先提锂的方法。
本发明的从废弃锂电池正极片电化学优先提锂的方法是按以下步骤进行的：
一、将废旧锂电池正极片放在电解质溶液中，废旧锂电池正极片连接电源正极，电源负极连接铂网、石墨或铜片，在电压为1.5V～3.5V的条件下反应1.5h～3h使正极片中的Li+都溶解到溶液中，得到含锂溶液；
二、将步骤一得到的含锂溶液取出，然后向其中加入含有碳酸根的固体物质至pH为10～12为止，进行搅拌，然后进行固液分离，固体置于真空干燥箱中，在50℃～60℃加热12h，自然冷却至室温，得到高纯度碳酸锂。
本发明利用锂离子电池充电原理可实现在破碎正极极片之前实现对锂的高选择性优先提取，突破之前工艺流程中回收流程过长，能耗过大，污染严重等技术瓶颈。本发明基于溶度积原理在精致母液中沉淀低金属混合锂盐，再进行固液分离和干燥获取锂盐固体。本发明探索出运用此方法所适合的电化学浸出电压、提锂电解质、前处理电极材料和沉淀剂等条件，回收高纯度锂盐，实现废弃锂电池正极片的前端优先提锂，使得锂能够再生回用，实现废弃锂电池资源的循环利用。
本发明具有以下优点和积极意义：
1、本发明所采用的湿法处理工艺简单，可大规模应用于工业；
2、本发明可使废弃锂电池正极片中锂回收环闭合，对于保护环境和节约资源意义重大；
3、本发明的选择性浸出回收对于固废处理提供了新的思路和解决办法；
4、本发明回收的碳酸锂中其他金属的杂质含量不到0.1％。
附图说明
图1为试验一的步骤一制备的含锂溶液中各金属质量含量的柱状图；
图2为试验二的步骤一制备的含锂溶液中各金属质量含量的柱状图；
图3为试验一的步骤一制备的含锂溶液中锂的浸出率与反应时间变化曲线图；
图4为试验二的步骤一制备的含锂溶液中锂的浸出率与反应时间变化曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种从废弃锂电池正极片电化学优先提锂的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、将废弃锂电池正极片剪成2cm×2cm的正方形，然后放在电解质溶液中，废旧锂电池正极片连接电源正极，电源负极连接铂网、石墨或铜片，在电压为1.5V～3.5V的条件下反应1.5h～3h使正极片中的Li+都溶解到溶液中，得到含锂溶液；
所述的电解质溶液为含硫酸根的水溶液，浓度为0.01mol/L～0.1mol/L；
二、将步骤一得到的含锂溶液取出，然后向其中加入含有碳酸根的固体物质至pH为10～12为止，进行搅拌，然后进行固液分离，固体置于真空干燥箱中，在50℃～60℃加热12h，自然冷却至室温，得到高纯度碳酸锂。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的废弃锂电池正极片为废弃三元锂电池正极片。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的废弃锂电池正极片为废弃磷酸铁锂电池正极片。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述的废弃锂电池正极片的获取方法为：将收集来的废旧锂离子电池在室温下浸泡于质量分数为5％～10％的氯化钠等盐溶液中进行12h～72h的放电处理或将电池与外界大电阻相连进行放电，然后将废弃锂离子电池进行拆解，获得正极片。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤二中所述的固液分离具体方法为倾析法、过滤法、离心分离法和重力沉降法。其他与具体实施方式四相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为一种从废弃锂电池正极片电化学优先提锂的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、将废旧锂电池正极片剪成2cm×2cm的正方形，然后放在100mL的电解质溶液中，废旧锂电池正极片连接电源正极，电源负极连接铂网，在电压为2.5V的条件下反应3h使正极片中的Li+都溶解到溶液中，得到含锂溶液；
所述的电解质溶液为硫酸钠水溶液，浓度为0.05mol/L；
所述的废旧锂电池正极片为废弃三元镍钴锰的锂电池正极片；
所述的废旧锂电池正极片的获取方法为：将收集来的废旧锂离子电池在室温下浸泡于质量分数为8％的氯化钠水溶液中进行70h的放电处理，然后将废弃锂离子电池进行拆解，获得正极片；
二、将步骤一得到的含锂溶液取出，然后向其中加入碳酸钠至pH为11为止(利用碳酸锂在水中的低的溶解度，使其在水中析出，)，充分搅拌，然后进行固液分离，固体置于真空干燥箱中，在60℃加热12h，自然冷却至室温，得到高纯度碳酸锂；所述的固液分离具体方法为过滤法。
图1为试验一的步骤一制备的含锂溶液中各金属元素的浸出率柱状图，从图中可以看出浸出液中Co、Mn、Ni重金属含量都远低于0.1％，而锂的浸出量高达94.4％，浸出比率极高。
图3为试验一的步骤一制备的含锂溶液中锂的浸出率与反应时间变化曲线图，图中可以看在前1.5小时浸出的速率较高，当2.5小时后反应基本达到平衡，3小时时反应基本结束。
试验二：本试验与试验一不同的是：步骤一中所述的废旧锂电池正极片为废弃磷酸铁锂电池正极片。其它与试验一相同。
图2为试验二的步骤一制备的含锂溶液中各金属质量含量的柱状图，从图中可以看出试验二浸出液中Fe重金属浸出率是0，而锂的浸出量高达93.75％，浸出比率极高。
图4为试验二的步骤一制备的含锂溶液中锂的浸出率与反应时间变化曲线图，从图中可以看出在前1.5小时浸出的速率较高，当2.5小时后反应基本达到平衡，3小时时反应基本结束。
Claims (5)
1.一种从废弃锂电池正极片电化学优先提锂的方法，其特征在于从废弃锂电池正极片电化学优先提锂的方法是按以下步骤进行的：
一、将废旧锂电池正极片剪成2cm×2cm的正方形，然后放在电解质溶液中，废旧锂电池正极片连接电源正极，电源负极连接铂网，在电压为1.5V～3.5V的条件下反应1.5h～3h，得到含锂溶液；
所述的电解质溶液为含有硫酸根的溶液，浓度为0.01mol/L～0.1mol/L；
二、将步骤一得到的含锂溶液取出，然后向其中加入含有碳酸根的固体物质至pH为10～12为止，进行搅拌，然后进行固液分离，固体置于真空干燥箱中，在50℃～60℃加热12h，自然冷却至室温，得到高纯度碳酸锂。
2.根据权利要求1所述的一种从废弃锂电池正极片电化学优先提锂的方法，其特征在于步骤一中所述的废旧锂电池正极片为废弃三元锂电池正极片。
3.根据权利要求1所述的一种从废弃锂电池正极片电化学优先提锂的方法，其特征在于步骤一中所述的废旧锂电池正极片为废弃磷酸铁锂电池正极片。
4.根据权利要求1所述的一种从废弃锂电池正极片电化学优先提锂的方法，其特征在于步骤一中所述的废弃锂电池正极片的获取方法为：将收集来的废旧锂离子电池在室温下浸泡于质量分数为5％～10％的氯化钠等盐水溶液中进行12h～72h的放电处理或者将电池与外界大电阻相连进行放电，然后将废弃锂离子电池进行拆解，获得正极片。
5.根据权利要求1所述的一种从废弃锂电池正极片电化学优先提锂的方法，其特征在于步骤二中所述的固液分离具体方法为倾析法、过滤法、离心分离法和重力沉降法。
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- 2021-07-28 CN CN202110857565.1A patent/CN113584312A/zh active Pending
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