一种从废旧锂离子电池黑粉中分离锂的装置及方法

本发明涉及废旧锂离子电池回收领域，具体涉及一种从废旧锂离子电池黑粉中分离锂的装置及方法。

背景技术：

1、锂离子电池具有能量密度高、循环稳定性好、自放电小等优点，广泛应用于手机、电脑等各种便捷式电子设备和电动汽车等交通设备中。锂离子电池的大量应用也导致大量废旧锂离子电池的产生。废旧锂离子电池中含有大量的重金属和有机电解质，随意丢弃会造成严重的环境污染；同时，废旧电池的有价金属如镍、钴、锂等是重要的战略金属；对废旧电池进行回收利用不仅能避免环境污染，还具有极大的经济效益。

2、目前废旧锂离子电池的回收技术主要分为火法冶金技术和湿法冶金技术两大类，其中湿法冶金具有金属回收率较高，产品纯度高，操作条件温和等优点，是国内外企业青睐的回收技术。湿法冶金方法通过加入酸碱性物质对正极材料进行浸出，再对浸出液中的金属进行分离。由于废旧锂离子电池中金属种类较多，无论使用何种浸出技术，都会面临金属分离流程长的问题。常采用溶剂萃取或化学沉淀法分离金属，这些方法需要加入大量的酸碱性物质才能实现浸出液中各个金属的分离，过量的酸碱性物质又会造成二次污染。处理过量的酸碱性物质也会增加回收的成本。因此，寻找一种流程短、成本低的金属分离方法，对废旧锂离子电池回收行业的发展是非常重要的。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是针对现有回收技术的不足，提供一种从废旧锂离子电池黑粉中直接分离锂的装置及方法，该方法无需添加大量的酸碱性物质，具有成本低，操作简单、流程短、易实现工业化等优点。

2、实现本发明目的的技术方案是：

3、一种从废旧锂离子电池黑粉中分离锂的装置，所述装置包括电解槽，设在电解槽内的多孔容器、阳极片和阴极片；还包括电动搅拌器，电动搅拌器的桨叶设在多孔容器内；

4、所述多孔容器用来装入废旧锂离子电池黑粉，其孔隙尺寸小于黑粉颗粒的最小粒径，保证黑粉不会从容器漏出、并且电解液可以渗入到容器中；

5、所述阳极片的一端插入多孔容器中，另一端用导线与直流电源的正极相连接，以多孔容器为阳极；

6、所述阴极片的一端放入电解槽中，另一端用导线与直流电源的负极相连接；

7、所述电动搅拌器采用现有产品，其主要组成包括电机、机架、联轴器、搅拌轴和桨叶，桨叶设置在多孔容器底部上方，桨叶和搅拌轴分别与阳极片间隔一定距离设置，搅拌轴顶部伸出多孔容器、延伸到电解槽的外部，并与电机和电动控制装置相连接。

8、进一步地，所述电动搅拌器的桨叶位于多孔容器底部上方1-2cm，桨叶和搅拌轴分别与阳极片间隔2-4cm。

9、进一步地，所述阳极片为铂片、石墨片或钛片等，所述阴极片为石墨片、钛片、铜片或铂片等。

10、本发明另一目的是提供一种采有上述装置从废旧锂离子电池黑粉中分离锂的方法，包括如下步骤：

11、1）将经过充分放电的废旧锂离子电池进行粉碎、筛分，得到含有正极材料和负极材料的黑粉、铜箔、铝箔颗粒和隔膜粉末；

12、2）将步骤1）得到的黑粉加入液氮瓶中，再倒入液氮，盖上瓶盖，不断摇动液氮瓶，使黑粉被充分冷冻；

13、3）将黑粉从液氮瓶中倒出，装入多孔容器中，黑粉的加入量为多孔容器高度的1/2-2/3处，将阳极片插入装有黑粉的多孔容器中, 阳极片底部距离容器底部上方3-5cm，其顶部伸出多孔容器；

14、4)将装置中的阳极片和阴极片分别与直流电源的正极和负极连接，电动搅拌器也与电源连接；

15、5）在电解槽中加入电解液，其中电解质的浓度为0.05-10g/l，在电压为1-32v, 电流为0.5-3.0a的范围内，通电电解1-15h，同时开启电动搅拌器，在转速为50-600rpm的转速下转动；电解结束后，将电解液从电解槽放出，得到含锂的溶液；

16、6）在步骤5）所得含锂溶液中加入饱和碳酸钠溶液，于40-90℃加热1-4h后过滤，收集滤渣得到高纯碳酸锂固体，收集滤液，返回步骤5）作为电解液循环使用。

17、进一步地，步骤1）中的废旧锂离子电池为镍钴锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、钴酸锂电池或锰酸锂电池等。

18、进一步地，步骤5）中的电解质为氯化钠、硫酸铵、碳酸铵、硫酸钠或碳酸钠等。

19、相对现有的废旧锂离子电池的回收方法，本发明所述技术方案具有如下优点：

20、1）黑粉经过液氮处理后，其中正极活性物质的层状结构遭到破坏，有利于活性物质中锂的充分暴露，促进了电解过程锂的浸出，同时缩短了电解的时间；

21、2）所设计的多孔容器既保证了黑粉与电极片的充分接触从而提高了锂的浸出率，又防止了黑粉从容器中漏出；

22、3）锂浸出率高，其他金属几乎不浸出；无需添加任何酸碱性化学试剂就能实现锂与其他金属的高效分离，还可获得高纯碳酸锂产品，该方法操作简单，流程短，成本低；

23、4）该方法应用范围广，可以应用于各种类型的废旧锂离子电池中锂的优先提取分离，易于实现工业化生产。

技术特征：

1.一种从废旧锂离子电池黑粉中分离锂的装置，其特征在于：所述装置包括电解槽，设在电解槽内的多孔容器、阳极片和阴极片；还包括电动搅拌器，电动搅拌器的桨叶设在多孔容器内；

2.根据权利要求1所述的从废旧锂离子电池黑粉中分离锂的装置，其特征在于：所述电动搅拌器的桨叶位于多孔容器底部上方1-2cm，桨叶和搅拌轴分别与阳极片间隔2-4cm。

3.根据权利要求1所述的从废旧锂离子电池黑粉中分离锂的装置，其特征在于：所述阳极片为铂片、石墨片或钛片，所述阴极片为石墨片、钛片、铜片或铂片。

4.一种从废旧锂离子电池黑粉中分离锂的方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的装置进行分离，分离方法包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的从废旧锂离子电池黑粉中分离锂的方法，其特征在于，步骤1）中的废旧锂离子电池为镍钴锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、钴酸锂电池或锰酸锂电池。

6.根据权利要求4所述的从废旧锂离子电池黑粉中分离锂的方法，其特征在于，步骤5）中的电解质为氯化钠、硫酸铵、碳酸铵、硫酸钠或碳酸钠。

技术总结
本发明涉及一种从废旧锂离子电池黑粉中分离锂的装置及分离方法，该方法将经过粉碎、筛分得到的废旧锂离子电池黑粉先用液氮冷冻，然后加入一多孔容器中，将电极片插入装有黑粉的多孔容器中，多孔容器中还安装有搅拌器，以多孔容器为阳极，以另一电极片为阴极，组成电解槽。控制电流、电压，电解一段时间后，锂从黑粉中脱出进入电解液中，而其他金属几乎不浸出，可得到只含锂的溶液。该方法可以将锂从黑粉中完全分离，有效解决浸出液中锂与其他金属分离困难的问题，且分离过程无需添加酸碱性物质，操作简单、成本低、易于实现工业化生产。

技术研发人员：刘葵,杨生龙,苏验,陈亚松,李庆余,王红强,余金连
受保护的技术使用者：广西师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25