CN111313120A - 一种废旧锂离子电池中钴和锂金属的回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废旧锂离子电池中钴和锂金属的回收方法，包括：把废旧锂离子电池拆解，得到正极片；将所述正极片剪成小块浸泡到分离液中，将泡有正极片的分离液在超声环境中置一段时间后取出铝箔得到混合液；将得到的混合液通过旋转蒸发得到固体物质，固体物质经烘干后得到锂离子电池正极材料；将所述正极材料与螯合剂混合后进行机械活化处理，得到活化混合物；将得到的活化混合物经过酸浸处理，即可得到含钴和锂的富集液。本发明操作方法简单，回收过程无二次污染，成本低，易于工业化生产，废旧锂离子电池正极材料的钴和锂金属回收率可达100%。

Description

一种废旧锂离子电池中钴和锂金属的回收方法
技术领域
本发明属于锂离子电池回收技术领域，具体涉及一种废旧锂离子电池中钴和锂金属的回收方法。
背景技术
随着技术的发展，电池已经成为了日常生活必不可少的电器动力源。锂电池自从上世纪九十年代以来，以其容量大、体积小、比能量高、工作电压高等显著的优点取代了有线电源和燃料电源，成为现代科技发展的能源和动力保障。中国是世界上最大的锂电池生产制造基地，预计到2020年，我国锂离子电池的报废量将达到32.2GWh。
锂离子电池属于消耗品，使用到达年限后因其放电性能下降而报废，报废的锂离子电池数量也在大幅度提高。一方面，失效锂电池中含有钴、铜等重金属及六氟磷酸锂等有机物质，若随意排放，会对环境造成污染；另一方面，锂电池中含有的钴、锂、铜等金属又是宝贵的资源，其中含量最高的金属钴（含量高达20％）更是国际公认的战略物资。
中国专利(CN102956935A)公开了一种通过沉淀分步回收废旧动力电池中的金属元素。该方法可以实现废旧动力电池中所有的金属元素，但过程复杂，需要多步调节溶液pH值，添加大量不同的化学试剂。中国专利(CN104659438A)公开了一种利用废旧锂离子电池正极材料制备三元前驱体的方法，通过利用硫酸溶解正极材料和萃取的方法分离硫酸钴和硫酸镍，最后通过混合硫酸镍和硫酸钴并额外补充硫酸锰的方式制备三元前驱体。该方法虽然可以从废旧锂电池中回收镍和钴，但操作复杂，并无法消除二次污染。中国专利(CN104868190A)公开了一种利用还原剂和有机酸浸提废旧锂离子电池正极材料中金属的方法，该方法利用例如甲酸等有机酸和还原剂配合使用可提高金属浸出率，但是甲酸价格高，且会给水体造成二次污染，并且过氧化氢不稳定，大量存储有安全隐患。中国专利(CN102665912A)公开了一种萃取回收废锂电池正极材料中的钴和锰并制备Co-Mn-Br液相催化剂(简称CMB催化剂)的方法，该方法虽然可以回收钴和锰，但过程复杂且需要消耗大量的有机溶剂，无法实现有机溶剂的循环利用。
目前，大部分公开的专利和研究中，针对废旧锂离子电池正极材料的回收方法大都操作复杂或者使用试剂会造成二次污染。
因此，需要开发一种能够操作简单且回收效率高的锂离子电池正极极材料回收方法。
发明内容
目的：为解决现有技术的不足，本发明提供一种废旧锂离子电池中钴和锂金属的回收方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种废旧锂离子电池中钴和锂金属的回收方法，其特征在于，包括：
步骤（1）、把废旧锂离子电池拆解，得到正极片；
步骤（2）、将所述正极片剪成小块浸泡到分离液中，将泡有正极片的分离液在超声环境中置一段时间后取出铝箔得到混合液；
步骤（3）、将步骤(2)得到的混合液通过旋转蒸发得到固体物质，固体物质经烘干后得到锂离子电池正极材料；
步骤（4）、将步骤(3)所述正极材料与螯合剂混合后进行机械活化处理，得到活化混合物；
步骤（5）、将步骤(4)得到的活化混合物经过酸浸处理，即可得到含钴和锂的富集液。
所述的正极片为：正极片生产报废料或人工拆解的废锂离子电池正极片的任意一种或至少两种的组合。
步骤(2)中，所述分离液包括有机溶剂；优选地，所述有机溶剂为二甲基乙酰胺（DMAC）；
所述正极片与分离液的混合，按固液比为100～500g/L。
步骤(2) 中，所述超声时间为30～90min，超声功率为100～300W；温度为20～90℃。
步骤(3) 中，所述旋转蒸发的温度为60～90℃。
步骤(4) 中，所述螯合剂为有机螯合剂；
优选地，所述螯合剂为氨三乙酸、氨基三乙酸钠、氨基三磷酸钠、乙二胺四乙酸、羟基乙叉二膦酸、二乙基三胺五乙酸、N-β-羟基乙基乙二胺三乙酸中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述的螯合剂和正极材料混合，按照重量比0.5～3g/g；
优选地，所述机械活化处理方式为机械球磨；
优选地，所述机械球磨转速为300～500rpm，球磨时间为60～120min，球料比为3～10g/g。
步骤(5) 中，所述酸浸处理使用的浸出剂为具有还原性的有机酸；
优选地，所述具有还原性的有机酸为抗坏血酸；
优选地，所述的浸出剂浓度为0.25～1mol/L，浸出温度为25～95℃，浸出时间为10～90min，固液比是20～100g/L，搅拌速率为150～300rpm。
步骤(2)中的分离液通过旋转蒸发的方式回收利用。
在一些实施例中，具体包括如下步骤：
(1)把废旧锂离子电池手工拆解或者机械破碎，得到包含铝箔和正极材料的正极片；
(2)将所述正极片剪成长5cm的小块浸泡到分离液中，固液比调至为100～500g/L，将泡有正极片的分离液在超声环境中，温度调节至20～90℃，超声功率调至100～300W，超声时间30～90min，然后取出铝箔得到混合液；
(3)将步骤（2）得到的混合液通过60～90℃环境下的旋转蒸发得到固体物质，固体物质经烘干后得到锂离子电池正极材料；
(4)将步骤（3）所述正极材料与螯合剂以重量比为0.5～3g/g混合后进行机械球磨处理，球磨转速为300～500rpm，球磨时间为60～120min，球料比为3～10g/g，得到活化混合物；
(5)将步骤（4）得到的活化混合物以浸出固液比是20～100g/L、浸出剂浓度为0.25～1mol/L、浸出温度为25～95℃、浸出时间为10～90min、搅拌速率为150rpm～300rpm的酸浸处理，即可回收到废旧锂离子电池中的钴和锂金属。
在一些实施例中，通过本回收方法，废旧锂离子电池中钴和锂金属的回收率可达到100%。
有益效果：本发明提供的废旧锂离子电池中钴和锂金属的回收方法，具有以下优点：(1)本发明借助超声手段可快速获取废旧锂离子电池正极材料，且分离液可通过旋转蒸发的方式循环利用，不会产生二次污染；(2)本方法使用的螯合剂是无毒或低毒的有机螯合剂，且使用机械活化的方式，降低了能耗和成本；(3)所选浸提剂如抗坏血酸不会对环境造成二次污染，且浸提剂用量少，成本低；(4)本发明的回收废旧锂离子电池中的钴和锂金属的方法流程简单，易于工业化生产，成本低，避免废酸和还原剂对环境造成的污染。
附图说明
图1为本发明一实施例废旧锂离子电池中钴和锂金属回收工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例只是用于更加清楚地说明本发明的性能，而不能仅局限于下面的实施例。
实施例1
(1)取某品牌废旧锂离子电池手工拆解后得到包含铝箔和正极材料的正极片200g；
(2)将30g正极片剪成长5cm宽6cm的小块浸泡到100mL DMAC中，将装有正极片和分离液的烧杯放在超声环境中，温度调节至30℃，超声功率调至300W，超声时间60min，然后取出铝箔得到混合液；
(3)将含有正极材料的混合液通过80℃环境下的旋转蒸发得到固体物质，固体物质经105℃烘干后得到锂离子电池正极材料14.3g；
(4)取10g正极材料与10g氨三乙酸混合后进行机械球磨处理，球磨转速为400rpm，球磨时间为90min，球料比为3g/g，得到活化混合物19.2g；
(5)将19.2g活化混合物与浸出剂（0.25mol/L抗坏血酸）500mL混合酸浸，浸出温度为80℃，浸出时间为30min，浸出搅拌速率为200rpm，通过0.45微米滤纸过滤，得到495mL富集液。钴和锂的浸出效率为100%。
可选，将分离液通过旋转蒸发，重复利用。
实施例2
(1)取某品牌废旧锂离子电池手工拆解后得到包含铝箔和正极材料的正极片300g；
(2)将40g正极片剪成长5cm宽6cm的小块浸泡到150mL DMAC中，将装有正极片和分离液的烧杯放在超声环境中，温度调节至50℃，超声功率调至300W，超声时间60min，然后取出铝箔得到混合液；
(3)将含有正极材料的混合液通过80℃环境下的旋转蒸发得到固体物质，固体物质经105℃烘干后得到锂离子电池正极材料25.6g；
(4)取25.6g正极材料与30g氨基三乙酸钠混合后进行机械球磨处理，球磨转速500rpm，球磨时间为90min，球料比为3g/g，得到活化混合物54.8g；
(5)将54.8g活化混合物与浸出剂（0.25mol/L抗坏血酸）1L混合酸浸，浸出温度为80℃，浸出时间为15min，浸出搅拌速率为300rpm，通过0.45微米滤纸过滤，得到993mL富集液。钴和锂的浸出效率为100%。
可选，将分离液通过旋转蒸发，重复利用。
实施例3
(1)取某品牌废旧锂离子电池手工拆解后得到包含铝箔和正极材料的正极片200g；
(2)将30g正极片剪成长5cm宽6cm的小块浸泡到100mL DMAC中，将装有正极片和分离液的烧杯放在超声环境中，温度调节至30℃，超声功率调至200W，超声时间80min，然后取出铝箔得到混合液；
(3)将含有正极材料的混合液通过80℃环境下的旋转蒸发得到固体物质，固体物质经105℃烘干后得到锂离子电池正极材料15.8g；
(4)取15.8g正极材料与20g乙二胺四乙酸二钠混合后进行机械球磨处理，球磨转速为500rpm，球磨时间为90min，球料比为3g/g，得到活化混合物35.1g；
(5)将35.1g活化混合物与浸出剂（0.25mol/L抗坏血酸）800mL混合酸浸，浸出温度为80℃，浸出时间为15min，浸出搅拌速率为150rpm，通过0.45微米滤纸过滤，得到795mL富集液。钴和锂的浸出效率为100%。
可选，将分离液通过旋转蒸发，重复利用。
以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种废旧锂离子电池中钴和锂金属的回收方法，其特征在于，包括：
步骤（1）、把废旧锂离子电池拆解，得到正极片；
步骤（2）、将所述正极片剪成小块浸泡到分离液中，将泡有正极片的分离液在超声环境中置一段时间后取出铝箔得到混合液；
步骤（3）、将步骤(2)得到的混合液通过旋转蒸发得到固体物质，固体物质经烘干后得到锂离子电池正极材料；
步骤（4）、将步骤(3)所述正极材料与螯合剂混合后进行机械活化处理，得到活化混合物；
步骤（5）、将步骤(4)得到的活化混合物经过酸浸处理，即可得到含钴和锂的富集液。
2.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述的正极片为：正极片生产报废料或人工拆解的废锂离子电池正极片的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，步骤(2)中，所述分离液包括有机溶剂；
优选地，所述有机溶剂为二甲基乙酰胺；
所述正极片与分离液的混合，按固液比为100～500g/L。
4.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，步骤(2) 中，所述超声时间为30～90min，超声功率为100～300W；温度为20～90℃。
5.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，步骤(3) 中，所述旋转蒸发的温度为60～90℃。
6.根据权利要求1-5任一项所述的回收方法，其特征在于，步骤(4) 中，所述螯合剂为有机螯合剂；
优选地，所述螯合剂为氨三乙酸、氨基三乙酸钠、氨基三磷酸钠、乙二胺四乙酸、羟基乙叉二膦酸、二乙基三胺五乙酸、N-β-羟基乙基乙二胺三乙酸中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1-5任一项所述的回收方法，其特征在于，步骤(4) 中，所述的螯合剂和正极材料混合，按照重量比0.5～3g/g；
和/或，所述机械活化处理方式为机械球磨；
优选地，所述机械球磨转速为300～500rpm，球磨时间为60～120min，球料比为3～10g/g。
8.根据权利要求1-5任一项所述的回收方法，其特征在于，步骤(5) 中，所述酸浸处理使用的浸出剂为具有还原性的有机酸；
优选地，所述浸出剂为抗坏血酸；
优选地，所述的浸出剂浓度为0.25～1mol/L，浸出温度为25～95℃，浸出时间为10～90min，固液比是20～100g/L，搅拌速率为150～300rpm。
9.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，浸出剂采用0.25mol/L抗坏血酸。
10.根据权利要求1-5任一项所述的回收方法，其特征在于，分离液通过旋转蒸发的方式回收利用。
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