CN115029556A - 一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法，包括以下步骤：(1)破碎，将废旧锂离子电池阴极材料破碎研磨；(2)浸出，将废旧粉料使用硫酸浸出，过滤得到锂离子电池浸出液；(3)除杂，将浸出液进行化学预处理去除杂质，得到除杂后液；(4)分离锰，使用有机萃取剂进行萃取，将有机萃取剂加入到除杂后液中，混合10分钟后离心分离，得到富含锰的有机相和萃余液一。本发明采用上述结构的一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法，实现分步萃取，一次性提取多个有价金属，实现阴极材料的循环利用，为锂离子电池回收市场提供良好的前景，具有良好的经济性，避免了传统有机溶剂萃取有机挥发问题，实现清洁生产。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池回收技术领域，特别是涉及一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法。
背景技术
锂离子电池(LIBs)市场在过去十年中一直在持续增长，它们独特的特性使其成为小型电子设备的首选技术，锂离子电池还有望用于电动汽车和电力存储，这将导致生产这些电池的初级材料需求大幅增加。因此，由于新技术的出现，对LIBs的需求不断增长，预计消费量也会增加，可能导致矿产枯竭，尤其是钴的流失。
锂离子电池生产企业在生产过程中，会产生不少含镍、钴、锰总量高达48～55％的阴极废料和阴极废片，还会产生含镍、钴、锰总量约20％，铜约12％、铝4.7％和锂2％的废品电池；此外，消费者在使用锂离子电池中会产生大量的旧电池。如能回收废旧锂离子电池中的有价元素和再生其关键材料，将产生巨大的经济效益。同时，废旧电池的回收利用可减少其有害物质(如电解液、溶剂、粘结剂等)对环境的污染。
电池的浸出主要使用硫酸，但溶剂萃取具有很高的选择性，为了提高回收和分离金属的纯度，使回收的金属能够生产新电池，就需要使用高浓度的硫酸作为浸出剂，浸出后还需要将其进行稀释后才能进行提取金属离子，而在现有技术中常使用煤油等挥发性有机化合物作为稀释剂，其具有可燃性、挥发性等，容易引起安全隐患和污染环境。离子液体(ILs)具有高离子导电性、不易燃性、不挥发性、高热稳定性、高溶剂性、宽液相温度范围等优点，已经成为这些传统溶剂的潜在替代品。使用室温疏水离子液体可以使溶剂萃取过程更安全，ILs的不挥发性可以减少需要管理的挥发性有机化合物的数量。
发明内容
本发明的目的是提供一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法，得到高纯的钴、锰、锂和镍产物，实现分步萃取，一次性提取多个有价金属，实现阴极材料的循环利用，为锂离子电池回收市场提供良好的前景，具有良好的经济性，避免了传统有机溶剂萃取有机挥发问题，实现清洁生产。
为实现上述目的，本发明提供了一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法，包括以下步骤：(1)破碎，将废旧锂离子电池阴极材料破碎研磨；
(2)浸出，将废旧粉料使用硫酸浸出，过滤得到锂离子电池浸出液；
(3)除杂，将浸出液进行化学预处理去除杂质，得到除杂后液；
(4)分离锰，使用有机萃取剂进行萃取，将有机萃取剂加入到除杂后液中，混合10分钟后离心分离，得到富含锰的有机相和萃余液一；
(5)分离钴，将磷基离子液体使用硫酸进行质子化，然后加入到萃余液一中进行萃取，离心分离后得到富含钴的有机相和萃余液二；
(6)分离镍，使用羧酸和利多卡因制成深共晶溶剂，然后将深共晶溶剂加入到萃余液二中进行萃取，离心分离后得到富含镍的有机相和萃余液三；
(7)分离锂，将沉淀剂加入到萃余液三中，通过化学沉淀法将锂离子回收。
优选的，步骤(3)中，所述化学预处理过程为，使用碱性溶液调节浸出液的pH值，pH值的范围为3～5，过滤，得到滤渣和除杂后液，滤渣为铁、铝的氢氧化物的一种或多种，除杂后液中包括钴、锰、锂和镍的一种或多种。
优选的，步骤(4)中，所述有机萃取剂的浓度为0.1～1mol/L，所述有机萃取剂为咪唑基离子液体和N,N,N',N'-四(n-辛基)二甘醇酰胺的混合溶液。
优选的，所述咪唑基离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺离子液体。
优选的，步骤(4)中，所述富含锰的有机相使用硫酸进行反萃，得到硫酸锰溶液，将硫酸锰溶液进行电沉积或置换得到Mn金属。
优选的，步骤(5)中，所述磷基离子液体为三己基十四烷基氯化磷。
优选的，步骤(5)中，所述富含钴的有机相用水进行反萃得到富钴溶液，进一步处理得到钴金属或钴盐化合物产品。
优选的，步骤(6)中，所述羧酸为葵酸，葵酸与利多卡因的比为2:1，
优选的，步骤(6)中，所述富含镍的有机相用草酸钠进行反萃得到镍盐
优选的，步骤(7)中，所述沉淀剂为碳酸钠、碳酸氨、碳酸氢铵、碳酸氢钠中的一种或多种，回收的锂离子为碳酸锂，可直接作为锂电池的原料。
本发明的有益效果：
1.回收得到的钴、锰、锂和镍产物纯度高。
2.萃取剂使用离子液体和深共晶溶剂，规避传统有机溶剂萃取有机挥发问题，实现清洁生产。
3.实现分布萃取，一次性提取多个有价金属，实现阴极材料的循环利用，为锂离子电池回收市场提供良好的前景，具有良好的经济性。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法萃取流程图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步描述，实施例中所用各种化学品和试剂如无特别说明均为市售购买。
实施例1
(1)将废旧锂离子电池阴极材料破碎研磨。
(2)将废旧粉料使用浓度为2mol/L的硫酸浸出，过滤得到锂离子电池浸出液。
(3)将浸出液使用氢氧化钙调节浸出液的pH值，pH值的范围为3.5，除去杂质铁、铝，得到富含钴、锰、锂和镍的除杂后液。
(4)使用0.1mol/L的有机萃取剂萃取除杂后液，萃取剂为一丁基三甲基咪唑离子液体中稀释的N,N,N',N'-四(n-辛基)二甘醇酰胺，将有机萃取剂加入到除杂后液中，混合10分钟后离心分离，得到富含锰的有机相和萃余液一。富含锰的有机相使用浓度为2mol/L的硫酸进行反萃，得到硫酸锰溶液，将硫酸锰溶液进行电沉积或置换得到Mn金属。锰的回收率为96.5％。
(5)将磷基离子液体使用硫酸进行质子化，然后加入到萃余液一中进行萃取，离心分离后得到富含钴的有机相和萃余液二。所述富含钴的有机相用水进行反萃得到富钴溶液，进一步处理得到钴金属或钴盐化合物产品。钴的总回收率为97.1％。
(6)使用葵酸和利多卡因制成深共晶溶剂，葵酸与利多卡因的比为2:1，然后将深共晶溶剂加入到萃余液二中进行萃取，离心分离后得到富含镍的有机相和萃余液三。富含镍的有机相用草酸钠进行反萃得到镍盐。镍的回收率为95.3％。
(7)将碳酸钠加入到萃余液三中，通过化学沉淀法将锂离子回收，收的锂离子为碳酸锂，可直接作为锂电池的原料。锂的回收率为98.3％。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)破碎，将废旧锂离子电池阴极材料破碎研磨；
(2)浸出，将废旧粉料使用硫酸浸出，过滤得到锂离子电池浸出液；
(3)除杂，将浸出液进行化学预处理去除杂质，得到除杂后液；
(4)分离锰，使用有机萃取剂进行萃取，将有机萃取剂加入到除杂后液中，混合10分钟后离心分离，得到富含锰的有机相和萃余液一；
(5)分离钴，将磷基离子液体使用硫酸进行质子化，然后加入到萃余液一中进行萃取，离心分离后得到富含钴的有机相和萃余液二；
(6)分离镍，使用羧酸和利多卡因制成深共晶溶剂，然后将深共晶溶剂加入到萃余液二中进行萃取，离心分离后得到富含镍的有机相和萃余液三；
(7)分离锂，将沉淀剂加入到萃余液三中，通过化学沉淀法将锂离子回收。
2.根据权利要求1所述的一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述化学预处理过程为，使用碱性溶液调节浸出液的pH值，pH值的范围为3～5，过滤，得到滤渣和除杂后液，滤渣为铁、铝的氢氧化物的一种或多种，除杂后液中包括钴、锰、锂和镍的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述有机萃取剂的浓度为0.1～1mol/L，所述有机萃取剂为咪唑基离子液体和N,N,N',N'-四(n-辛基)二甘醇酰胺的混合溶液。
4.根据权利要求3所述的一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法，其特征在于：所述咪唑基离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺离子液体。
5.根据权利要求1所述的一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述富含锰的有机相使用硫酸进行反萃，得到硫酸锰溶液，将硫酸锰溶液进行电沉积或置换得到Mn金属。
6.根据权利要求1所述的一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法，其特征在于：步骤(5)中，所述磷基离子液体为三己基十四烷基氯化磷。
7.根据权利要求1所述的一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法，其特征在于：步骤(5)中，所述富含钴的有机相用水进行反萃得到富钴溶液，进一步处理得到钴金属或钴盐化合物产品。
8.根据权利要求1所述的一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法，其特征在于：步骤(6)中，所述羧酸为葵酸，葵酸与利多卡因的比为2:1。
9.根据权利要求1所述的一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法，其特征在于：步骤(6)中，所述富含镍的有机相用草酸钠进行反萃得到镍盐。
10.根据权利要求1所述的一种回收废旧锂离子电池阴极材料的方法，其特征在于：步骤(7)中，所述沉淀剂为碳酸钠、碳酸氨、碳酸氢铵、碳酸氢钠中的一种或多种，回收的锂离子为碳酸锂，可直接作为锂电池的原料。
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| GUILLAUME ZANTE 等: ""Solvent extraction fractionation of manganese, cobalt, nickel and lithium using ionic liquids and deep eutectic solvents"" * |
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