DE112022000208T5 - Recyclingverfahren für gemischte Abfälle aus Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid und Lithium-Eisen-Phosphat - Google Patents

Recyclingverfahren für gemischte Abfälle aus Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid und Lithium-Eisen-Phosphat Download PDF

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Changdong LI
Yang Xia
Yong Cai
Dingshan RUAN
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Hunan Brunp Recycling Technology Co Ltd
Guangdong Brunp Recycling Technology Co Ltd
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Abstract

Die vorliegende Offenlegung offenbart ein Recyclingverfahren für ein gemischtes Abfallmaterial aus Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (LNMCO) und Lithium-Eisen-Phosphat (LFP), das Folgendes umfasst: Durchführen einer Säureauslaugung, um eine Säureauslaugungsflüssigkeit mit Nickel, Kobalt, Mangan, Phosphor, Eisen und Lithium zu erhalten; Durchführen einer Adsorptionstrennung mit einem Harz, Waschen des Harzes mit Schwefelsäure, um eine gemischte Lösung von Nickelsulfat, Kobaltsulfat und Mangansulfat zu erhalten, und Unterziehen der gemischten Lösung einer Ausfällung, um einen LNMCO-Kathodenmaterialvorläufer zu erhalten; und Unterziehen einer erhaltenen Lösung mit Phosphor, Eisen und Lithium einer Lithiumausfällung, um ein Lithiumsalz-Präzipitat zu erhalten, und Unterziehen einer Lösung nach der Ausfällung einer Konzentrationserhöhung und einem Elektrospinnen, um ein Eisen(III)-Phosphat/Kohlenstoff-Material zu erhalten. Mit dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung kann ein umfassendes Recycling eines gemischten Abfallmaterials aus LNMCO und LFP und die gezielte Zirkulation von LNMCO- und LFP-Abfallmaterialien erreicht werden. Darüber hinaus kann die Herstellung von Eisen(III)-Phosphat durch Elektrospinnen die Anhäufung in einem Material reduzieren, und ein hergestelltes Material hat eine Fasernetzwerkstruktur, die eine spezifische Oberfläche (SSA) des Materials vergrößern kann und somit die Oberflächenleistung des Materials verbessert.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung gehört zum technischen Gebiet des Recyclings von Batterieabfallmaterialien und betrifft insbesondere ein Recyclingverfahren für ein gemischtes Abfallmaterial aus Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (LNMCO) und Lithium-Eisenphosphat (LFP).
  • HINTERGRUND
  • Lithiumbatterien mit LNMCO als Kathodenmaterial haben viele Vorteile, wie z. B. eine hohe Energiedichte, eine hervorragende Zyklenfestigkeit, ein hohes Spannungsplateau und einen weiten Betriebstemperaturbereich, und Lithiumbatterien mit LFP als Kathodenmaterial haben eine hervorragende Sicherheit und Zyklenfestigkeit, die im Bereich der neuen Energien weit verbreitet sind. Mit dem rasanten Anstieg des Verbrauchs von Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) hat die Menge der verschrotteten LIBs in den letzten Jahren rapide zugenommen. In LNMCO-Batterien haben Nickel, Kobalt, Mangan und Lithium einen hohen Rückgewinnungswert. Bei LFP-Batterien ist der Rückgewinnungswert von Phosphor und Eisen zwar nicht hoch, aber diese Elemente führen zu Umweltverschmutzung, wenn sie nicht ordnungsgemäß behandelt werden. Daher kann das Recycling verschiedener Batteriematerialien den Unternehmen Produktionskosten ersparen, die gesunde Entwicklung der neuen Energieindustrie fördern und die Umweltverschmutzung durch Batterieabfälle verringern.
  • Zu den derzeitigen Recyclingmethoden für LIB-Abfälle gehören hauptsächlich das Feuer- und das Nassverfahren. Eine Recycling-Methode, die auf Hydrometallurgie basiert, hat aufgrund der Vorteile einer hohen Rückgewinnungseffizienz, eines einfachen Prozesses und Ähnlichem viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die bestehenden Methoden zielen hauptsächlich auf die Kathoden- und Anodenmaterialien von LIBs ab. Der Stand der Technik offenbart ein umfassendes Recyclingverfahren für ternäres Kathodenmaterial von Abfall-LIBs, bei dem Nickel-Lithium und Mangan-Kobalt durch Alkali- und Säureauslaugung ausgelaugt werden und dann Nickel, Kobalt, Mangan und Lithium schrittweise getrennt werden, wodurch die separate Rückgewinnung jedes Elements erreicht wird. Diese Methode hat die Vorteile einer hohen Selektivität der Rückgewinnung, Umweltfreundlichkeit, hohen Rückgewinnungsquote und dergleichen. Allerdings ist die nach der Alkalilaugung erhaltene Aufschlämmung schwer zu filtern, was zu einer unvollständigen Trennung und unreinen Produkten führen kann, und der Trennungsprozess ist relativ umständlich. Der Stand der Technik offenbart auch ein Recyclingverfahren, bei dem ein ternäres positives Elektrodenblech geröstet, in Wasser aufgelöst und gefiltert wird, um ein Pulver mit Nickel, Kobalt, Mangan und Lithium zu erhalten, und dann wird das LNMCO-Pulver geröstet, aufgelöst, mit einer Kaliumcarbonatlösung gemischt und gefiltert, um einen Filterrückstand zu erhalten; und dem Filterrückstand wird ein Karbonat zugesetzt, um das Verhältnis von Lithium, Nickel, Kobalt und Mangan einzustellen, und die resultierende Mischung wird kugelgemahlen, verdichtet und geröstet, um ein LNMCO-Kathodenmaterial zu erhalten. Diese Methode ermöglicht die Regeneration von LNMCO-Abfallkathodenmaterial, was der Ressourcenschonung, der Kostensenkung und dem Umweltschutz zugutekommt. Die Hochtemperatur-Reduktionsrästung ist jedoch mit einem hohen Energieverbrauch verbunden und stellt hohe Anforderungen an Ausrüstung und Personal, was die Industrialisierung erschwert. Für das Recycling von LFP-Materialien werden traditionell Lithiumkarbonat sowie Phosphor- und Eisenverbindungen durch Einschmelzen und Recycling hergestellt. Diese Methode führt zur Verschwendung von Phosphor- und Eisenressourcen und zur Umweltverschmutzung. Darüber hinaus kann auch die Methode der Kopräzipitation angewendet werden. Zum Beispiel wird ein Abfall-LFP-Material in einer Säure aufgelöst, um eine gemischte Lösung mit Lithiumionen, Eisenionen und Phosphationen zu erhalten; und die Konzentration jedes Ions und der pH-Wert werden eingestellt, um eine gemeinsame Ausfällung von Lithium, Eisen und Phosphor zu erreichen, um ein LFP-Material zu erhalten. Allerdings müssen die Reinheit und die Leistung des mit dieser Methode erhaltenen LFP-Materials verbessert werden. Darüber hinaus gibt es eine Methode, bei der Lithiumcarbonat zu einem LFP-Abfallmaterial hinzugefügt wird und die resultierende Mischung gesintert und restauriert wird, um ein neues LFP-Material zu erhalten. Diese Methode stellt hohe Anforderungen an die Morphologie und die Zusammensetzung des Abfallmaterials und ist wenig anwendbar. Darüber hinaus zielen die meisten der derzeit bekannten Verfahren zur Behandlung von LNMCO- oder LFP-Abfällen nur auf eines der beiden Abfallmaterialien ab, und es gibt nur sehr wenige Verfahren, mit denen ein gemischtes Abfallmaterial aus beiden Materialien behandelt werden kann.
  • Daher besteht ein dringender Bedarf an der Entwicklung eines einfachen und umweltfreundlichen Verfahrens, mit dem gemischte Abfälle aus LNMCO und LFP recycelt werden können.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Mit der vorliegenden Offenbarung soll mindestens eines der technischen Probleme des Standes der Technik gelöst werden. In Anbetracht dessen stellt die vorliegende Offenbarung ein Recyclingverfahren für ein gemischtes Abfallmaterial aus LNMCO und LFP bereit, das einfach und umweltfreundlich ist, die Rückgewinnung aller Hauptelemente in dem gemischten Abfallmaterial aus einem LNMCO-Abfallmaterial und einem LFP-Abfallmaterial und die entsprechende Kommerzialisierung erreichen kann und vielversprechende Anwendungsaussichten hat.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Recyclingverfahren für ein gemischtes Abfallmaterial aus LNMCO und LFP bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst:
    • S 1: Zugabe des gemischten Abfallmaterials aus LNMCO und LFP zu einer sauren Lösung zur Säureauslaugung und Durchführung einer Fest-Flüssig-Trennung (SLS), um eine Säureauslaugungsflüssigkeit zu erhalten;
    • S2: Verwendung eines Harzes zur Adsorption von Nickel, Kobalt und Mangan in der sauren Auslaugungsflüssigkeit und Waschen eines resultierenden gesättigten Harzes mit Schwefelsäure, um eine gemischte Lösung von Nickelsulfat, Kobaltsulfat und Mangansulfat und eine Nachadsorptionslösung zu erhalten;
    • S3: Erhitzen der Nachadsorptionslösung und Zugabe eines Lithiumausfällungsreagens, um einen Lithiumsalzniederschlag und eine Nachausfällungslösung zu erhalten; und
    • S4: Konzentrieren der Lösung nach der Ausfällung, Hinzufügen einer Kohlenstoffquelle und Rühren des resultierenden Gemisches, um ein dispergiertes Gemisch zu erhalten; anschließend wird das dispergierte Gemisch dem Elektrospinnen unterzogen, um ein plattenformiges Material zu erhalten, und Trocknen und Rösten des plattenförmiges Materials, um ein Eisen(III)phosphat/Kohlenstoff-Material zu erhalten.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann es sich bei S1 um eine oder mehrere Säuren aus der Gruppe bestehend aus Schwefelsäure, Salpetersäure und Salzsäure handeln. Vorzugsweise kann die Säurelösung eine Kombination aus Schwefelsäure und Salzsäure oder eine Kombination aus Schwefelsäure und Salpetersäure sein.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Säurelösung in Sl eine Konzentration von 1 mol/L bis 8 mol/L und vorzugsweise von 1,5 mol/L bis 5 mol/L aufweisen.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann das Massenverhältnis der Säurelösung zu dem gemischten Abfallmaterial in S1 (4-10):1 und vorzugsweise (5-8):1 betragen.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Säureauslaugung in S1 bei 50°C bis 120°C und vorzugsweise 60°C bis 90°C durchgeführt werden; und die Säureauslaugung kann 3 h bis 10 h und vorzugsweise 4 h bis 8 h lang durchgeführt werden.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, in S2, kann das Harz eines oder mehrere aus der Gruppe sein, die aus dem chelatbildenden Harz CH-90Na, dem Harz XFS4195, AmberlitelRC748, LonacSR-5, PuroliteS-930, Chelex100, D851 und D402-II besteht. Ein Adsorptionsprinzip des Harzes: Funktionelle Multiligandengruppen auf dem Harzpolymer bilden Komplexe mit Metallionen, um eine Trennung zu erreichen.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Absorption in S2 in einem einstufigen Adsorptionsmodus oder in einem mehrstufigen Adsorptionsmodus durchgeführt werden, der eine hohe Anwendbarkeit aufweist und zu einem hervorragenden Adsorptions- und Trenneffekt führt.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die erhaltene gemischte Lösung von Nickelsulfat, Kobaltsulfat und Mangansulfat in S2 einer Ausfällung unterzogen werden, um einen ternären Vorläufer zu erhalten.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann das Lithium-Fällungsreagenz in S3 eines oder mehrere aus der Gruppe sein, die aus Natriumcarbonat, Natriumphosphat, Kaliumphosphat, Kaliumcarbonat, Natriumoxalat, Kaliumoxalat, Natriumfluorid, Kaliumfluorid und Ammoniumfluorid besteht; und das Erhitzen kann bei 40°C bis 120°C und vorzugsweise bei 65°C bis 100°C durchgeführt werden.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann in S4 die Nachausfällungslösung konzentriert werden, bis die Eisenkonzentration in der Nachausfällungslösung 40 g/L bis 150 g/L und vorzugsweise 50 g/L bis 100 g/L beträgt. Wenn die Konzentrationen von Phosphor und Eisen in der Lösung zu niedrig sind, ist es nicht einfach, während des Spinnens Filamente zu bilden; und wenn die Konzentrationen von Phosphor und Eisen zu hoch sind, wird eine Nadel blockiert oder eine Spindel gebildet.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Kohlenstoffquelle in S4 eine oder mehrere aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polyacrylnitril (PAN) sein.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird in S4 die Kohlenstoffquelle zunächst in Dimethylformamid (DMF) gelöst, dann wird die resultierende Lösung in eine konzentrierte Nachfällungslösung gegossen, und die resultierende Mischung wird gerührt, um eine dispergierte Mischung zu erhalten. Nach dem Elektrospinnen wird das DMF bei niedriger Temperatur verdampft, und dann wird eine Hochtemperaturröstung durchgeführt, um eine organische Substanz in ein Kohlenstoffmaterial zu zersetzen.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Trocknung in S4 bei 40°C bis 90°C und vorzugsweise bei 40°C bis 70°C durchgeführt werden. Die Erhitzungsgeschwindigkeit sollte nicht zu hoch sein, da sonst eine faserige Textur kollabieren würde.
  • In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann das Rösten in S4 bei 250°C bis 600°C und vorzugsweise 300°C bis 550°C in einer Luft- oder Sauerstoffatmosphäre durchgeführt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Offenbarung hat die vorliegende Offenbarung zumindest die folgenden vorteilhaften Wirkungen:
    • 1. Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung kann ein umfassendes Recycling eines gemischten Abfallmaterials aus LNMCO und LFP erreichen. Bei dem Verfahren wird eine saure Auslaugung durchgeführt, um eine saure Auslaugungsflüssigkeit mit Nickel, Kobalt, Mangan, Phosphor, Eisen und Lithium zu erhalten; eine Adsorptionstrennung wird mit einem Harz durchgeführt, das Harz wird mit Schwefelsäure gewaschen, um eine gemischte Lösung von Nickelsulfat, Kobaltsulfat und Mangansulfat zu erhalten, und die gemischte Lösung wird einer Ausfällung unterzogen, um einen LNMCO-Kathodenmaterialvorläufer zu erhalten; und eine erhaltene Lösung mit Phosphor, Eisen und Lithium wird einer Lithiumausfällung unterzogen, um ein Lithiumsalzpräzipitat zu erhalten, und eine Lösung nach der Ausfällung wird einer Konzentrationserhöhung und einem Elektrospinnen unterzogen, um ein Eisen(III)-phosphat/Kohlenstoff-Material zu erhalten, wodurch die gerichtete Zirkulation von LNMCO- und LFP-Abfallmaterialien erreicht wird.
    • 2. Die Herstellung von Eisen(III)-Phosphat durch Elektrospinnen in der vorliegenden Offenbarung kann die Agglomeration in einem Material reduzieren, und ein hergestelltes Material hat eine Fasernetzwerkstruktur, die eine spezifische Oberfläche (SSA) des Materials erhöhen kann und somit die Oberflächenleistung des Materials verbessert. Im Vergleich zu einem Eisen(III)-phosphat-Material weist das Eisen(III)-phosphat/Kohlenstoff-Material aufgrund der Dotierung des Kohlenstoffmaterials eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit und Aktivität auf, was für das Wachstum eines LFP-Materials in dem nachfolgenden Röstverfahren zur Herstellung des LFP-Materials von Vorteil ist.
    • 3. Das Verfahren der vorliegenden Offenlegung ist einfach und umweltfreundlich, hat geringe Anforderungen an die Ausrüstung und bringt hohe wirtschaftliche Vorteile.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Offenbarung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und Beispiele näher beschrieben.
    • 1 ist ein Prozessablaufdiagramm für Beispiel 1 der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ILLUSTRIERTEN BEISPIELE
  • Die Konzepte und technischen Wirkungen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend in Verbindung mit Beispielen klar und vollständig beschrieben, so dass die Ziele, Merkmale und Wirkungen der vorliegenden Offenbarung vollständig verstanden werden können. Offensichtlich sind die beschriebenen Beispiele nur einige und nicht alle Beispiele der vorliegenden Offenbarung. Alle anderen Beispiele, die von Fachleuten auf der Grundlage der Beispiele der vorliegenden Offenbarung ohne schöpferischen Aufwand gefunden werden, sollten in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung fallen.
  • Beispiel 1
  • Es wurde ein Recyclingverfahren für gemischte Abfälle aus LNMCO und LFP bereitgestellt, und wie in 1 gezeigt, war ein spezifisches Verfahren wie folgt:
    • (1) Ein LNMCO-Abfallmaterial und ein LFP-Abfallmaterial wurden gemischt, zerkleinert und gesiebt, um ein gemischtes Abfallmaterial aus LNMCO und LFP zu erhalten.
    • (2) 50 g des in Schritt (1) erhaltenen gemischten Abfallmaterials aus LNMCO und LFP wurden gewogen und zu 250 ml einer Schwefelsäurelösung mit einer Konzentration von 2,5 mol/L in einem Becherglas gegeben, dann wurde das Becherglas in ein Wasserbad bei 80°C gestellt, 4 h lang gerührt und die resultierende Aufschlämmung wurde filtriert, um eine Lösung mit Nickel, Kobalt, Mangan, Phosphor, Eisen und Lithium und einen Graphitrückstand zu erhalten.
    • (3) Ein chelatbildendes Harz CH-90Na wurde in eine Säule gepackt, und die Lösung mit Nickel, Kobalt, Mangan, Phosphor, Eisen und Lithium, die in Schritt (2) erhalten wurde, wurde tropfenweise in die Harzsäule unter Verwendung einer peristaltischen Pumpe zugegeben; nachdem das Harz die Adsorptionssättigung erreicht hatte, wurde eine kleine Menge Lithium, die an der Harzoberfläche haftete, mit reinem Wasser weggewaschen, und dann wurde das gesättigte Harz mit einer 1,5 mol/L Schwefelsäurelösung gewaschen, um eine gemischte Lösung aus Nickelsulfat, Kobaltsulfat und Mangansulfat zu erhalten, wobei eine Nachadsorptionslösung eine Lösung mit Phosphor, Eisen und Lithium war.
    • (4) Die in Schritt (3) erhaltene gemischte Lösung von Nickelsulfat, Kobaltsulfat und Mangansulfat wurde einer Fällung unterzogen, um einen ternären Vorläufer zu erhalten.
    • (5) Die Lösung mit Phosphor, Eisen und Lithium wurde auf 90°C erhitzt, eine Natriumcarbonatlösung wurde tropfenweise zur Lithiumausfällung zugegeben und die resultierende Mischung wurde filtriert, um einen Filterrückstand zu erhalten; der Filterrückstand wurde mit reinem Wasser gewaschen und in einem Ofen für 8 h getrocknet, um Lithiumcarbonat zu erhalten; und der Lithiumgehalt in der Lösung nach der Lithiumausfällung (Post-Lithium-Fällungslösung) wurde bestimmt und die Lithiumrückgewinnungsrate wurde berechnet.
    • (6) Die in Schritt (5) erhaltene Post-Lithium-Fällungslösung wurde auf eine Eisenkonzentration von 75 g/L konzentriert; PVP wurde in DMF gelöst, eine resultierende Lösung wurde in die Post-Lithium-Fällungslösung gegossen, und eine resultierende Mischung wurde einer Dispersion unterzogen; und Elektrospinnen wurde durchgeführt, um ein plattenförmiges Material zu erhalten, und das plattenförmige Material wurde bei 60°C getrocknet und dann bei 500°C geröstet, um ein Eisen(III)-Phosphat/Kohlenstoff-Material zu erhalten.
    Tabelle 1 Berechnungsergebnisse für jede Komponente in Beispiel 1
    Position Ni Co Mn P Fe Li
    Masse der einzelnen Bestandteile des Rohmaterials (g) 1,23 2,55 1,05 3,92 5,56 1,71
    Masse der einzelnen Bestandteile in der Auslaugungsflüssigkeit (g) 1,21 2,51 1,04 3,88 5,51 1,69
    Auslaugungsquote (%) 98,37 98,43 99,05 98,98 99,10 98,83
    Masse jedes Bestandteils in der nach Ausfällung von Nickel. Kobalt und Mangan erhaltenen Lösung (mg) 2,01 23 1,08 - - -
    Masse jedes Bestandteils in der nach Ausfällung des Lithiums erhaltenen Lösung (mg) 1,11 17 0,58 103,86 46,74 0,65
    Rückgewinnungsrate (%) 98,12 97,93 98,89 96,33 98,26 98,45
  • Beispiel 2
  • Es wurde ein Recyclingverfahren für einen gemischten Abfall aus LNMCO und LFP bereitgestellt, und ein spezifisches Verfahren war wie folgt:
    • (1) Ein LNMCO-Abfallmaterial und ein LFP-Abfallmaterial wurden gemischt, zerkleinert und gesiebt, um ein gemischtes Abfallmaterial aus LNMCO und LFP zu erhalten.
    • (2) 50 g des in Schritt (1) erhaltenen gemischten Abfallmaterials aus LNMCO und LFP wurden gewogen und zu 250 ml einer gemischten Lösung aus Schwefelsäure und Salpetersäure mit einer Konzentration von 3.5 mol/L in einem Becherglas zugegeben, dann wurde das Becherglas in ein auf 90°C erhitztes Wasserbad gestellt, 4 h lang gerührt und die entstandene Aufschlämmung filtriert, um eine Lösung mit Nickel, Kobalt, Mangan, Phosphor, Eisen und Lithium sowie einen Graphitrückstand zu erhalten.
    • (3) Ein chelatbildendes Harz CH-90Na wurde in eine Säule gepackt, und die in Schritt (2) erhaltene Lösung mit Nickel, Kobalt, Mangan, Phosphor, Eisen und Lithium wurde tropfenweise in die Harzsäule unter Verwendung einer peristaltischen Pumpe zugegeben; nachdem das Harz die Adsorptionssättigung erreicht hatte, wurde eine Nachadsorptionslösung durch eine PuroliteS-930-Harzsäule geleitet, eine kleine Menge Lithium, die an der Harzoberfläche haftete, wurde mit reinem Wasser abgewaschen, und dann wurde das gesättigte Harz mit einer 1,5 mol/L Schwefelsäurelösung gewaschen, um eine gemischte Lösung aus Nickelsulfat, Kobaltsulfat und Mangansulfat zu erhalten, wobei eine Postadsorptionslösung eine Lösung mit Phosphor, Eisen und Lithium war.
    • (4) Die in Schritt (3) erhaltene gemischte Lösung aus Nickelsulfat, Kobaltsulfat und Mangansulfat wurde einer Ausfällung unterzogen, um einen ternären Vorläufer zu erhalten.
    • (5) Die Lösung mit Phosphor, Eisen und Lithium wurde auf 80°C erhitzt, eine Kaliumcarbonatlösung wurde zur Lithiumausfällung tropfenweise zugegeben, und das resultierende Gemisch wurde filtriert, um einen Filterrückstand zu erhalten; der Filterrückstand wurde mit reinem Wasser gewaschen und 8 Stunden lang in einem Ofen getrocknet, um Lithiumcarbonat zu erhalten; und der Lithiumgehalt in einer Lösung nach der Lithiumausfällung wurde bestimmt und die Lithiumrückgewinnungsquote wurde berechnet.
    • (6) Die in Schritt (5) erhaltene Post-Lithium-Fällungslösung wurde auf eine Eisenkonzentration von 80 g/L konzentriert; PVDF wurde in DMF gelöst, die resultierende Lösung wurde in die Post-Lithium-Fällungslösung gegossen, und die resultierende Mischung wurde einer Dispersion unterzogen; und Elektrospinnen wurde durchgeführt, um ein plattenförmiges Material zu erhalten, und das plattenförmige Material wurde bei 60°C getrocknet und dann bei 450°C geröstet, um ein Eisen(III)-Phosphat/Kohlenstoff-Material zu erhalten.
    Tabelle 2 Berechnungsergebnisse für jede Komponente in Beispiel 2
    Position Ni Co Mn P Fe Li
    Masse der einzelnen Bestandteile des Rohmaterials (g) 1,23 2,55 1,05 3,92 5,56 1,71
    Masse der einzelnen Bestandteile in der Auslaugungsflüssigkeit (g) 1,22 2,52 1,045 3,84 5,48 1,69
    Auslaugungsquote (%) 99,18 98,82 99,52 98,08 98,56 98,84
    Masse jedes Bestandteils in der nach Ausfällung von Nickel, Kobalt und Mangan erhaltenen Lösung (mg) 4,26 10,62 3,13 - - -
    Masse jedes Bestandteils in der nach Ausfällung des Lithiums erhaltenen Lösung (mg) 3,08 6,04 1,84 41,66 35,64 13,55
    Rückgewinnungsrate (%) 98.,59 98,17 99,05 97,02 97,92 98,33
  • Beispiel 3
  • Es wurde ein Recyclingverfahren für gemischte Abfälle aus LNMCO und LFP bereitgestellt, das wie folgt abläuft:
    • (1) Ein LNMCO-Abfallmaterial und ein LFP-Abfallmaterial wurden gemischt, zerkleinert und gesiebt, um ein gemischtes Abfallmaterial aus LNMCO und LFP zu erhalten.
    • (2) 50 g des in Schritt (1) erhaltenen gemischten Abfallmaterials aus LNMCO und LFP wurden gewogen und zu 250 ml einer Salzsäurelösung mit einer Konzentration von 4 mol/L in einem Becherglas gegeben, dann wurde das Becherglas in ein auf 80°C erhitztes Wasserbad gestellt, 6 h lang gerührt und die resultierende Aufschlämmung filtriert, um eine Lösung mit Nickel, Kobalt, Mangan, Phosphor, Eisen und Lithium sowie einen Graphitrückstand zu erhalten.
    • (3) Ein chelatbildendes Harz CH-90Na wurde in eine Säule gepackt, und die Lösung mit Nickel, Kobalt, Mangan, Phosphor, Eisen und Lithium, die in Schritt (2) erhalten wurde, wurde tropfenweise in die Harzsäule unter Verwendung einer peristaltischen Pumpe zugegeben; nachdem das Harz die Adsorptionssättigung erreicht hatte, wurde eine Nachadsorptionslösung durch eine D851 -Harzsäule geleitet, eine kleine Menge Lithium, die an der Harzoberfläche haftete, wurde mit reinem Wasser abgewaschen, und dann wurde das gesättigte Harz mit einer 1,5 mol/L Schwefelsäurelösung gewaschen, um eine gemischte Lösung aus Nickelsulfat, Kobaltsulfat und Mangansulfat zu erhalten, wobei die Postadsorptionslösung eine Lösung mit Phosphor, Eisen und Lithium war.
    • (4) Die in Schritt (3) erhaltene gemischte Lösung aus Nickelsulfat, Kobaltsulfat und Mangansulfat wurde einer Fällung unterzogen, um einen ternären Vorläufer zu erhalten.
    • (5) Die Lösung mit Phosphor, Eisen und Lithium wurde auf 90°C erhitzt, eine Natriumcarbonatlösung wurde tropfenweise zur Lithiumausfällung zugegeben und die resultierende Mischung wurde filtriert, um einen Filterrückstand zu erhalten; der Filterrückstand wurde mit reinem Wasser gewaschen und in einem Ofen für 8 h getrocknet, um Lithiumcarbonat zu erhalten; und der Lithiumgehalt in der Lösung nach der Lithiumausfällung wurde bestimmt und die Lithiumrückgewinnungsquote wurde berechnet.
    • (6) Die in Schritt (5) erhaltene Post-Lithium-Fällungslösung wurde auf eine Eisenkonzentration von 75 g/L konzentriert; PVP wurde in DMF gelöst, die resultierende Lösung wurde in die Post-Lithium-Fällungslösung gegossen, und die resultierende Mischung wurde einer Dispersion unterzogen; und Elektrospinnen wurde durchgeführt, um ein plattenförmiges Material zu erhalten, und das plattenförmige Material wurde bei 60°C getrocknet und dann bei 400°C geröstet, um ein Eisen(III)-Phosphat/Kohlenstoff-Material zu erhalten.
    Tabelle 3 Berechnungsergebnisse für jede Komponente in Beispiel 3
    Position Ni Co Mn P Fe Li
    Masse der einzelnen Bestandteile des Rohmaterials (g) 1,23 2,55 1,05 3,92 5,56 1,71
    Masse der einzelnen Bestandteile in der Auslaugungsflüssigkeit (g) 1,216 2,52 1,042 3,83 5,51 1,689
    Auslaugungsquote (%) 98,86 98,82 99,24 97,70 99,10 98,79
    Masse jedes Bestandteils in der nach Ausfällung von Nickel, Kobalt und Mangan erhaltenen Lösung (mg) 5,63 17,37 4,21 - - -
    Masse jedes Bestandteils in der nach Ausfällung des Lithiums erhaltenen Lösung (mg) 3,74 7,45 2,49 135,24 83,4 28,38
    Rückgewinnungsquote (%) 98,10 97,85 98,60 96,55 98,50 98,34
  • Die vorliegende Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und Beispiele detailliert beschrieben, doch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die obigen Beispiele beschränkt. Im Rahmen des Wissensstandes von Fachleuten auf dem Gebiet der Technik können auch verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne dass der Zweck der vorliegenden Offenbarung beeinträchtigt wird. Darüber hinaus können die Beispiele in der vorliegenden Offenbarung oder die Merkmale in den Beispielen in einer nicht konkurrierenden Situation miteinander kombiniert werden.

Claims (10)

  1. Recyclingverfahren für ein gemischtes Abfallmaterial aus Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid und Lithium-Eisenphosphat, das die folgenden Schritte umfasst: S1: Zugabe des gemischten Abfallmaterials aus Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid und Lithium-Eisen-Phosphat zu einer sauren Lösung zur sauren Auslaugung und Durchführung einer Fest-Flüssig-Trennung, um eine saure Auslaugungsflüssigkeit zu erhalten; S2: Verwendung eines Harzes zur Adsorption von Nickel, Kobalt und Mangan in der sauren Auslaugungsflüssigkeit und Waschen eines resultierenden gesättigten Harzes mit Schwefelsäure, um eine gemischte Lösung von Nickelsulfat, Kobaltsulfat und Mangansulfat und eine Nachadsorptionslösung zu erhalten; S3: Erhitzen der Nachadsorptionslösung und Zugabe eines Lithiumausfällungsreagens, um einen Lithiumsalzniederschlag und eine Nachausfällungslösung zu erhalten; und S4: Konzentrieren der Lösung nach der Ausfällung, Hinzufügen einer Kohlenstoffquelle und Rühren, um ein dispergiertes Gemisch zu erhalten; und Unterziehen des dispergierten Gemischs dem Elektrospinnen, um ein plattenformiges Material zu erhalten, und Trocknen und Rösten des plattenförmigen Materials, um ein Eisen(III)phosphat/Kohlenstoff-Material zu erhalten.
  2. Recyclingverfahren nach Anspruch 1, wobei in S1 die Säurelösung eine oder mehrere Säuren aus der Gruppe Schwefelsäure, Salpetersäure und Salzsäure ist.
  3. Recyclingverfahren nach Anspruch 1, wobei in S1 das Massenverhältnis der Säurelösung zum gemischten Abfallmaterial (4-10): 1 beträgt.
  4. Recyclingverfahren nach Anspruch 1, wobei in S2 das Harz eines oder mehrere ist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus chelatbildendem Harz CH-90Na, Harz XFS4195, AmberlitelRC748, LonacSR-5, PuroliteS-930, Chelex100, D851 und D402-II besteht.
  5. Recyclingverfahren nach Anspruch 1, wobei in S2 die erhaltene gemischte Lösung aus Nickelsulfat, Kobaltsulfat und Mangansulfat einer Ausfällung unterzogen wird, um einen ternären Vorläufer zu erhalten.
  6. Recyclingverfahren nach Anspruch 1, wobei in S3 das Lithium-Fällungsreagenz eines oder mehrere ist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Natriumcarbonat, Natriumphosphat, Kaliumphosphat, Kaliumcarbonat, Natriumoxalat, Kaliumoxalat, Natriumfluorid, Kaliumfluorid und Ammoniumfluorid besteht; und das Erhitzen bei 40°C bis 120°C durchgeführt wird.
  7. Recyclingverfahren nach Anspruch 1, wobei in S4 die Nachausfällungslösung konzentriert wird, bis die Eisenkonzentration in der Nachausfällungslösung 40 g/L bis 150 g/L beträgt.
  8. Recyclingverfahren nach Anspruch 1, wobei in S4 die Kohlenstoffquelle eine oder mehrere ist, die aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylidenfluorid und Polyacrylnitril ausgewählt sind.
  9. Recyclingverfahren nach Anspruch 1, wobei in S4 die Kohlenstoffquelle zunächst in Dimethylformamid gelöst wird, um eine Lösung zu erhalten, dann wird die Lösung in eine konzentrierte Nachausfällungslösung gegossen, und die resultierende Mischung wird gerührt, um die dispergierte Mischung zu erhalten.
  10. Recyclingverfahren nach Anspruch 1, wobei in S4 das Trocknen bei 40°C bis 90°C und das Rösten bei 250°C bis 600°C durchgeführt wird.
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