TWI793841B - 廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法，係主要回收鋰、鋁、鎳、錳、鈷等金屬元素，其包含有：一前處理步驟，係先對其鋰電池正負極混合物進行焙燒、研磨及篩分處理成一粉末；一第一浸漬步驟，係對該前處理步驟後的粉末進行浸漬得一含鋰、鋁、銅、鎳、鈷及錳浸漬液；一調整pH值步驟，以調整該第一浸漬步驟所產出含鋰、鋁、銅、鎳、鈷及錳浸漬液為pH8~pH10，經沉澱後得到一含鋰濾液及一含鋁、銅、鎳、鈷及錳沉澱物；及一晶析步驟，係對該含鋰濾液持續加熱，而獲得一鋰晶析產品；另包含一第二浸漬步驟，經處理後可以獲得鋁晶析產品、含鎳錳鈷晶析產品等。

Description

廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法

本發明涉及廢電池回收技術領域，尤指廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收之範疇。

按，通常三元鋰電池為常見電動車輛所使用電池之一，另亦優於當今車輛普遍使用的鉛酸電池，預計未來三元鋰電池廣泛運用於車輛，例如：電動車輛、電動機車、油電混合車的電池。因三元鋰電池的正負極混合物材料中主要含有鋰(Li)、鋁(Al)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)及錳(Mn)等資源，故廢三元鋰電池正負極混合物材料具有回收經濟效益。因此，發展回收「三元鋰電池」技術具有迫切性及重要性。

根據國內專利第I286850號「廢鋰電池資源再生方法」的主要內容是提供一種廢鋰電池資源再生方法，其做法：先使用電裝置放盡廢鋰電池中殘餘電量，並將放電後之廢鋰電池進行切割，再將含鋰、鈷金屬正極使用鹽酸浸漬兩小時，而後使用氫氧化鈉將浸漬液的pH值調整至8，此時可藉由過濾加以分離含鈷、鋁、鎳之膠凝物，最後再加入碳酸鈉飽合溶液於浸漬液後，即可得到碳酸鋰粉末。另將過濾後所得含鈷、鋁、鎳之膠凝物以硫酸酸洗，再加入氨水調整pH值至8後過濾去除含鋁離子之膠凝物，最後再將過濾後使用硫酸將pH值調整至4.3後予以電解回收，利用恆溫水浴使電解液溫度保持在55℃，通以固定電流後，則鈷及鎳金屬將沉積在陰極不鏽鋼片上，經乾燥後可回收取得鈷及鎳金屬，以達到廢棄物資源再生之目的。

根據專利第I163532號「使用硫酸從廢鋰離子電池回收金屬之方法」主要是一種從廢鋰離子電池中回收金屬的方法，先將鋰離子電池中置入高溫爐中焙燒分解除去有機電解質後粉碎加予篩分，篩上的物質可藉由磁選及渦電流分選將磁性與非磁性的物質分離；篩下的物質則以硫酸進行溶蝕，過濾溶蝕所得的溶液再藉由酸鹼值的調整將其中的鐵、鋁離子沉澱分離，在藉由電解法析出銅、鈷金屬，最後添加碳酸根使鋰離子形成碳酸鋰沉澱並回收。

根據專利第I118470號「一種混合廢電池的回收處理方法」主要內容是一種高溫回收處理混合廢鋰電池的方法，其處理方式式將廢鋰電池置入窯中，並控制窯內溫度使瓦斯的碳氫化合物無法完全燃燒，而產生一氧化碳(一氧化碳為還原性氣體)，廢鋰電池中的金屬與一氧化碳充分接觸並進行還原反應，再藉由高溫環境(1100~1200℃)將沸點低於(1100℃)之金屬氣化分離，而沸點較高的金屬及可被排出收集，再藉由串連分段式的冷凝系統，讓各自在不同的溫度下被排出收集。

根據專利第M341943號「廢電池處理及再利用裝置」主要為包含有廢電池進料分類貯存裝置、溼式冶金處理工廠及乾式電漿處理工廠。分別以溼式冶金處理廢鋰電池和廢鎳氫電池，並以乾式冶金熱電漿熔融處理程序取代感應高溫爐處理鹼錳、碳鋅、鋅空氣及鎳鎘等廢乾電池。因此本創作為一種結合機械、化學、冶金物理及環保等技術之裝置，可應用於環境保護工業、廢棄物排放及零廢棄物資源回收之再利用等方面。

前述幾種車用三元鋰電池的回收方法的文獻資料中，其回收步驟繁瑣，且具高汙染性，對環境不友善，又耗費電力，無法符合現代綠色環保之趨勢，實有需要對當前現有車用三元鋰電池的回收方式來進行改良改善。

緣此，本發明人乃窮極心思發明了一種廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法，故本發明之主要目的在於：提供符合現代綠色環保趨勢的一種廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法。

為達到上述目的，本發明運用如下技術手段：關於本發明廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法，係包含有：一前處理步驟，係先對廢車用三元鋰電池正負極混合物進行焙燒、研磨及篩分處理，而得到至少低於100網目過篩成一粉末；一第一浸漬步驟，係調配一第一浸漬液並對該前處理步驟後的粉末進行浸漬，經過濾後得一含鋰、鋁、銅、鎳、鈷及錳浸漬液；一調整pH值步驟，以一第一調整pH劑調整該第一浸漬步驟所產出含鋰、鋁、銅、鎳、鈷及錳浸漬液為pH8~pH10，經沉澱後得到一含鋰濾液及一含鋁、銅、鎳、鈷及錳沉澱物；及一晶析步驟，係對該含鋰濾液持續加熱，而獲得一鋰晶析產品。

上述該前處理步驟中的焙燒的操作條件設為在800度C下燃燒3hr後再研磨成粉末。

上述該第一浸漬步驟中所使用第一浸漬液設為6N~8N濃度的硝酸，且其浸漬的操作溫度設為68度C~72度C之間，並維持至少3hr，而所使用固液比的操作條件設為3g/50ml。

上述該調整pH值步驟中所使用第一調整pH劑係設為氫氧化鈉。

上述另包含一第二浸漬步驟，其中該第二浸漬步驟係調配第二浸漬液並對該含鋁、銅、鎳、鈷及錳沉澱物進行浸漬並過濾分層，而得到上層的一 含鋁浸漬液及下層的一含鋁、銅、鈷、鎳及錳浸漬液渣，另對該含鋁浸漬液進行晶析而產生一鋁晶析產品。

上述該第二浸漬步驟所使用第二浸漬液設為12N~14N濃度的氫氧化鈉，且其浸漬操作溫度設為68度C~72度C之間，並維持至少3hr，所使用的固液比的操作條件設為1g/50ml。

上述在該第二浸漬步驟中，另外調配一第二調整pH劑對下層的該含鋁、銅、鈷、鎳及錳浸漬液渣調整為pH6~pH8，而獲得一含鈷、鎳及錳濾液及一含鋁及銅沉澱物；進一步，對該含鈷、鎳及錳濾液進行晶析，而得到一含鈷、鎳及錳晶析產品。

上述該第二調整pH劑係設為鹽酸。

本發明方法可達到如下功效：

1、近年來我國車用電池及消費性電子產品蓬勃發展，金屬「鋰、鋁、鎳、錳、鈷」需求量大增，由於我國缺乏天然金屬資源礦產，必須仰賴國外進口，故本發明廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法極具價值，其所收回鋰、鋁、鎳、錳、鈷等金屬產品，可以供應國內外市場使用。

甲、簡單，可降低其回收成本，而且免用腐蝕性強的王水來回收「鋰、鋁、鎳、錳、鈷」等金屬資源；換言之，不需要用使用高危險的化學物質來處理，故本發明方法屬於低汙染性且友善環境的綠色回收技術，符合綠能環保之現代化趨勢。

A:廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法

a:前處理步驟

b:第一浸漬步驟

c:調整pH值步驟

d:晶析步驟

e:第二浸漬步驟

〔圖1〕本發明廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法之步驟流程圖。

〔圖2〕本發明廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法之具體的、較佳操作條件參數的流程示意圖。

〔圖3〕本發明「含鋁、銅、鎳、鈷及錳沉澱物」之外觀圖。

〔圖4〕本發明「鋰晶析產品」之外觀圖。

首先，請參閱圖1及圖2所示，本發明係關於一種廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法A，其包含有：一前處理步驟a、一第一浸漬步驟b、一調整pH值步驟c及一晶析步驟d或/及一第二浸漬步驟e。

所述該前處理步驟a，係先對廢車用三元鋰電池正負極混合物進行800度的焙燒，至少焙燒3小時，並經過研磨及篩分處理，而得到至少低於100網目過篩成一粉末。

所述該第一浸漬步驟b，係調配一第一浸漬液並對該前處理步驟a後的粉末進行浸漬，經過濾後得一含鋰、鋁、銅、鎳、鈷及錳浸漬液；其中該第一浸漬液設為6N~8N濃度的硝酸，且其浸漬的操作溫度設為68度C~72度C之間，並維持至少3hr，而所使用固液比的操作條件設為3g/50ml。

所述該調整pH值步驟c，以一第一調整pH劑調整該第一浸漬步驟b所產出含鋰、鋁、銅、鎳、鈷及錳浸漬液為pH8~pH10，經沉澱後得到一含鋰濾液及一含鋁、銅、鎳、鈷及錳沉澱物；其中該第一調整pH劑係設為氫氧化鈉。

所述該晶析步驟d，係對該含鋰濾液持續加熱，而獲得一鋰晶析產品。

所述另包含一第二浸漬步驟e，其中該第二浸漬步驟e係調配第二浸漬液並對該含鋁、銅、鎳、鈷及錳沉澱物進行浸漬並過濾分層，而得到上層的一含鋁浸漬液及下層的一含鋁、銅、鈷、鎳及錳浸漬液渣，另對該含鋁浸漬液進行晶析而產生一鋁晶析產品；其中該第二浸漬液設為12N~14N濃度的氫氧化鈉，且其浸漬操作溫度設為68度C~72度C之間，並維持至少3hr，所使用的固液比的操作條件設為1g/50ml。

所述在該第二浸漬步驟e中，另外調配一第二調整pH劑對該第二浸漬步驟e的該含鋁、銅、鈷、鎳及錳浸漬液渣調整為pH6~pH8，而獲得含一鈷、鎳及錳濾液及一含鋁及銅沉澱物；進一步，對該含鈷、鎳及錳濾液進行晶析，而得到一含鈷、鎳及錳晶析產品；其中該第二調整pH劑係設為鹽酸。

因此，本發明方法提供廢車用三元鋰電池正負極混合物回收的較佳技術方案，係主要將廢車用三元鋰電池正負極混合物經焙燒後研磨至100網目以上下，且已較佳第一浸漬操作條件為：7N硝酸、3g/50ml、70度C及3小時，進行鋰、鋁、銅、鎳、鈷及錳金屬之第一浸漬溶蝕，此操作條件下，鋰、鋁、銅、鎳、鈷及錳金屬浸漬回收率皆可達100%，即可獲得較佳含鋰、鋁、銅、鈷、鎳及錳浸漬液。

另再將較佳含鋰、鋁、銅、鈷、鎳及錳浸漬液利用第一調整pH劑的氫氧化鈉將pH值調整至9，較佳含鋰、鋁、銅、鈷、鎳及錳浸漬液經過濾後能分別得到回收率達到99%的含鋰濾液及含鋁、銅、鎳、鈷及錳沉澱物(如圖3所示)，將此含鋰濾液經70度C、3小時進行晶析純化，即可獲得鋰晶析產品(如圖4所示)。

另再將含鋁、銅、鎳、鈷及錳沉澱物浸泡第二浸漬液，且以較佳第二浸漬操作條件：13.75N氫氧化鈉、1g/50ml70度C及3小時，進行含鋁、銅、鎳、鈷及錳沉澱物之第二浸漬溶蝕，經過沉澱後而得到上層的含鋁浸漬液及下層的含鋁、銅、鈷、鎳及錳浸漬液渣，且將上層的含鋁浸漬液收集晶析後可回收50%以上的鋁晶析產品；進一步，將下層的含鋁、銅、鈷、鎳及錳浸漬液渣使用第二調整pH劑的鹽酸將pH值調整至7，含鋁、銅、鈷、鎳及錳浸漬液渣經過濾後得含鈷、鎳及錳濾液及含鋁及銅沉澱物，最後將該含鈷、鎳及錳濾液進行晶析純化，即可獲得含鈷、鎳及錳晶析產品。

本發明廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法的達成功效：可簡化其回收步驟流程，同時各步驟流程的操作條件參數簡單，可降低其回收成本，而且避免使用腐蝕性強的王水來回收「鋰、鋁、銅、鈷、鎳、錳」等金屬資源；換言之，不需要使用高危險的化學物質來處理，故本發明方法屬於低汙染性且友善環境的綠色回收技術，符合綠能環保之現代化趨勢。

綜上所述，本發明係關於一種「廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法」，且其方法步驟流程均未曾見於諸書刊或公開使用，誠符合專利申請要件，懇請 鈞局明鑑，早日准予專利，至為感禱； 需陳明者，以上所述乃是本案之具體實施例及所運用之技術原理，若依本案之構想所作之改變，其所產生之功能作用仍未超出說明書及圖式所涵蓋之精神時，均應在本案之範圍內，合予陳明。

A:廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法

a:前處理步驟

b:第一浸漬步驟

c:調整pH值步驟

d:晶析步驟

e:第二浸漬步驟

Claims (7)

1. 一種廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法，係包含有：一前處理步驟，係先對廢車用三元鋰電池正負極混合物進行焙燒、研磨及篩分處理，而得到至少低於100網目過篩成一粉末；一第一浸漬步驟，係調配一第一浸漬液並對該前處理步驟後的粉末進行浸漬，經過濾後得一含鋰、鋁、銅、鎳、鈷及錳浸漬液，其中該第一浸漬步驟中所使用第一浸漬液設為6N~8N濃度的硝酸，且其浸漬的操作溫度設為68度C~72度C之間，並維持至少3hr，而所使用固液比的操作條件設為3g/50ml；一調整pH值步驟，以一第一調整pH劑調整該第一浸漬步驟所產出含鋰、鋁、銅、鎳、鈷及錳浸漬液為pH8~pH10，經沉澱後得到一含鋰濾液及一含鋁、銅、鎳、鈷及錳沉澱物；及一晶析步驟，係對該含鋰濾液持續加熱，而獲得一鋰晶析產品。
2. 如請求項1所述廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法，其中該前處理步驟中的焙燒的操作條件設為在800度C下燃燒3hr後再研磨成粉末。
3. 如請求項1或2所述廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法，其中該調整pH值步驟中所使用第一調整pH劑係設為氫氧化鈉。
4. 如請求項1所述廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法，另包含一第二浸漬步驟，其中該第二浸漬步驟係調配第二浸漬液並對該含鋁、銅、鎳、鈷及錳沉澱物進行浸漬並過濾分層，而得到上層的一含鋁浸漬液及下層的一含鋁、銅、鈷、鎳及錳浸漬液渣，另對該含鋁浸漬液進行晶析而產生一鋁晶析產品。
5. 如請求項4所述廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法，其中該第二浸漬步驟所使用第二浸漬液設為12N~14N濃度的氫氧化鈉，且其浸漬操作溫度設為68度C~72度C之間，並維持至少3hr，所使用的固液比的操作條件設為1g/50ml。
6. 如請求項4所述廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法，其中在該第二浸漬步驟中，另外調配一第二調整pH劑對下層的該含鋁、銅、鈷、鎳及錳浸漬液渣調整為pH6~pH8，而獲得一含鈷、鎳及錳濾液及一含鋁及銅沉澱物；進一步，對該含鈷、鎳及錳濾液進行晶析，而得到一含鈷、鎳及錳晶析產品。
7. 如請求項6所述廢車用三元鋰電池正負極混合物的回收方法，其中該第二調整pH劑係設為鹽酸。

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