一种锂离子电池正极废料中金属的浸出及回收方法_3

文档序号:8545408阅读:来源:国知局
ol?L\ 3. 5mol?L\ 4.Omol?L\4. 5mol?L\ 5.Omol?L5mol?LOmol?L1或 6. 5mol?L1等,优选为 2. 0 ~4.Omol?L、
[0060] 优选地,步骤(1)所述有机酸是含有或不含有取代基的碳原子数为1~5的有机 羧酸。
[0061] 优选地,步骤(1)所述有机羧酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸或戊酸中的任一种或至 少两种的组合,典型但非限制性的组合为:甲酸和乙酸的组合,丙酸和丁酸的组合,戊酸和 甲酸的组合,乙酸和丁酸的组合,甲酸、乙酸、丙酸和丁酸的组合等。
[0062] 优选地,所述取代基为氟、氯、溴或碘中的任一种或至少两种,优选为氟和氯。
[0063] 优选地,所述取代基的个数为1~9个,如2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个 等,优选为3~6个。
[0064] 优选地,步骤(1)所述有机酸溶液中还原剂的质量百分含量为1~12%,如2%、 3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%或11%等,优选为2~6%。
[0065] 优选地,步骤(1)所述还原剂为在酸性条件下具有还原性的物质,如亚硫酸、亚硫 酸钠、硫代硫酸钠或过氧化氢中的任一种或至少两种的组合,优选为过氧化氢。
[0066] 优选地,步骤(1)所述滤渣重新与含有还原剂的有机酸溶液进行反应,以充分浸 出所述滤渣中的金属元素。
[0067] 本发明提供的锂离子电池正极废料中金属的浸出方法采用可降解的有机酸溶液 溶解锂离子电池正极废料中的金属,金属的浸出率高、浸出时间短、部分有机酸可回收利 用,不仅节约了成本,同时避免了现有技术采用无机酸对环境可能造成的二次污染。
[0068] 本发明提供的锂离子电池正极废料中金属的浸出方法能够以后续浸出液的利用 为导向,通过调控浸出过程控制浸出液中的杂质金属离子含量:若利用得到的浸出液合成 镍钴锰三元前驱体,则要求浸出液中杂质金属离子的含量尽量低;若利用浸出液合成金属 离子掺杂的镍钴锰三元前驱体,则可以根据拟合成的正极活性物质前驱体的分子式,通过 调节有机酸及还原剂的浓度及浸出的时间和温度控制浸出液中杂质金属离子的含量,避免 了现有技术中对浸出液中各种金属进行分离提纯的复杂流程,实现了锂离子电池正极废料 中全部金属的浸出。
[0069] 步骤⑵所述调节浸出液中Ni、Co、Mn或M中的一种或至少两种元素的含量为向 所述浸出液中加入镍的水溶性盐、钴的水溶性盐、锰的水溶性盐或M的水溶性盐中的一种 或至少两种的组合物。
[0070] 优选地,所述镍的水溶性盐、钴的水溶性盐、锰的水溶性盐或M的水溶性盐中的阴 离子独立地为氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子、乙酸根离子或草酸根离子中的任一种或至 少两种。
[0071] 作为优选的技术方案,所述步骤(2)具体为:
[0072] A:测量浸出液的元素组成及元素含量;
[0073] B:根据步骤A的测量结果和分子式LiNixC〇yMni_x_y_zMz02,调节浸出液中镍、钴、锰或 M中的一种或至少两种元素的含量,得到前驱体溶液。
[0074] 所述步骤A的测量方法可为:将所述浸出液稀释,用ICP- 0ES测定溶液中镍、钴、 锰、锂和M的浓度。
[0075] 步骤(3)所述正极活性物质前驱体的制备方法为共沉淀法。具体步骤为:向所述 前驱体溶液中加入碱液,使得前驱体溶液中除锂以外的金属离子发生共沉淀反应,再固液 分离,得到正极活性物质前驱体和含锂溶液。所述碱液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氨 水、碳酸钠溶液、碳酸钾溶液或碳酸铵溶液中的一种或至少两种的混合物。所述固液分离能 够达到分离沉淀和溶液的目的即可,可为过滤或离心分离等。
[0076] 优选地,步骤(4)所述回收含锂溶液中的锂为:向含锂溶液中加入水溶性碳酸盐、 水溶性磷酸盐或水溶性氟化物中的一种或至少两种的混合物,并进行固液分离。
[0077] 优选地,所述水溶性碳酸盐、水溶性磷酸盐或水溶性氟化物中的阳离子独立地为 钠、钾或铵离子中的一种或至少两种的组合。
[0078] 所述回收方法还包括步骤(5):利用步骤(4)回收得到的锂与步骤(3)得到的正 极活性物质前驱体制备锂离子电池正极活性物质。
[0079] 所述正极活性物质通过高温固相反应制备得到。所述高温固相反应是指在高温 (800~900°C)下,固体界面间经过接触、反应、成核和晶体生长,而生成复合氧化物、含氧 酸盐类、二元或多元陶瓷化合物等。
[0080]优选地,所述高温固相反应的温度为800~900°C,如800°C、820°C、850°C或870°C 等。
[0081] 与现有技术相比,本发明的有益效果为:
[0082] (1)本发明提供的锂离子电池正极废料中金属的浸出方法,金属的浸出率高、浸出 时间短、部分有机酸可回收利用,不仅节约了成本,同时避免了现有技术采用无机酸对环境 可能造成的二次污染;
[0083] (2)本发明提供的基于金属闭环循环的锂离子电池正极废料的回收方法适用范围 广,能够用于含磷酸铁锂、镍基、钴基、锰基正极废料及其混合物的回收利用,适用于大规模 处理锂离子电池正极废料;
[0084] (3)本发明提供的基于金属闭环循环的锂离子电池正极废料的回收方法无需通过 预处理步骤分离锂离子电池正极材料与铝箔集流体,缩短了工艺流程,降低了处理成本,同 时避免了现有技术采用强碱溶液或有机溶剂分离正极材料时对环境和人体健康造成的潜 在二次污染风险;
[0085] (4)本发明提供的基于金属闭环循环的锂离子电池正极废料的回收方法通过调控 浸出过程控制浸出液中的杂质金属离子含量,以后续浸出液的利用为导向,避免了现有技 术中对浸出液中各种金属进行分离提纯的复杂流程,实现了金属的闭环循环利用。
【附图说明】
[0086] 图1为本发明一种实施方式提供的基于金属闭环循环的锂离子电池正极废料的 回收工艺流程图;
[0087] 图2为实施例1中不同反应时间下浸出液中镍、钴、锰和锂的浸出率(其中插图为 反应时间为5min~30min条件下所述金属的浸出率);
[0088] 图3为实施例1中不同反应时间下浸出液中铝的浸出率;
[0089] 图4为实施例2中不同反应时间下浸出液中镍、钴、锰和锂的浸出率(其中插图为 反应时间为2min~15min条件下所述金属的浸出率);
[0090] 图5为实施例2中不同反应时间下浸出液中铝的浸出率;
[0091] 图6为对比例1中不同过氧化氢含量下浸出液中镍、钴、锰、锂和铝的浸出率;
[0092] 图7为对比例2中不同乙酸浓度下浸出液中镍、钴、锰、锂和铝的浸出率。
【具体实施方式】
[0093] 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。本领域的技 术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
[0094] 图1是本发明一种实施方式提供的基于金属闭环循环的锂离子电池正极废料的 回收方法的工艺流程图,所述回收方法为:
[0095] (1)将镍、钴、锰基锂离子电池正极废料粗碎后干燥;
[0096] (2)将干燥后的锂离子电池正极废料与含有还原剂的有机酸溶液进行反应,反应 后进行过滤,得到浸出液和滤渣,实现锂离子电池正极废料中金属离子的浸出,所述滤渣重 新与含有还原剂的有机酸溶液进行反应;
[0097] (3)根据浸出液中的元素组成及含量,向浸出液中加入镍盐、钴盐或锰盐中的一种 或至少两种,以调节浸出液中Ni、Co或Mn中的一种或至少两种元素的含量,使Ni、Co和Mn 的摩尔比符合分子式LiNixCOyMnupMA中Ni、Co、Mn和M的摩尔比,得到前驱体溶液;
[0098] (4)利用前驱体溶液通过工业上比较成熟的共沉淀法制备得到正极活性物质前驱 体,并得到含锂溶液;
[0099] (5)回收含锂溶液中的锂。
[0100] 实施例1
[0101] 基于金属闭环循环的锂离子电池正极废料的回收方法具体步骤如下:
[0102] (1)取锂离子电池三元复合正极材料镍钴锰酸锂生产过程中产生的正极废料 30g,首先将其剪成约lOmmXIOmm的正极废料碎片,然后将这些碎片置于65°C干燥箱中恒 温干燥24h,并测量干燥后的正极废料中的金属元素组成及含量,结果如表1所示。
[0103] 表1干燥后的镍钴锰酸锂正极废料中金属的质量百分含量
[0104]
【主权项】
1. 一种锂离子电池正
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