CN115588753A - 一种以等离子体技术回收镍酸锂电池正极材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池资源化利用领域，具体为一种以等离子体技术回收镍酸锂电池正极材料的方法：利用低温等离子体实现电池的短路放电，电池的电能量将低温等离子体转变为高温等离子体；放完电后，取出电池正极材料与硫酸亚铁及硫酸混合均匀置于反应室内，搅拌状态下通入氯化氢气体，并维持反应室内压力在6.5～7.0bar、温度在245～270℃，反应时长控制在40～50min；反应结束后，以纯水清洗过滤反应产物，得到产品1镍酸锂前驱体Ni(OH)2和中间产物硫酸铁、氯化锂混合溶液；用纳滤膜分离上述中间产物后再经蒸发结晶，得到产品2硫酸铁和产品3氯化锂。

Description

一种以等离子体技术回收镍酸锂电池正极材料的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池资源化利用领域，具体为一种以等离子体技术回收镍酸锂电池正极材料的方法。
背景技术
锂离子电池自20世纪末实现商业化以来，其以具有能量密度大、质量轻、寿命长且无记忆性等诸多优点，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、照相机等便携式电子设备及电动汽车中。锂离子电池根据正极材料的不同，大致可以分为钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍酸锂电池、三元电池、磷酸铁锂电池。
目前锂离子电池中的正极材料大多数是含昂贵的不可再生的过渡金属和锂，随着其循环寿命的到来，必将面临废弃处理的过程，如果不经过处理直接丢弃，不仅会污染环境，还会造成资源浪费。
因此，随着锂离子电池应用日趋广泛，回收锂离子电池中的钴、镍、锰、锂、铜、铝、电解液中有机溶剂等有价材料，减少对环境造成的污染，缓解资源匮乏等问题具有重要的社会和经济意义。
发明内容
本发明的目的是为了回收镍酸锂电池正极材料中的镍和锂，实现对废旧镍酸锂电池的资源化利用。
本发明的技术方案如下：
(1)将废旧电池置于低温等离子体放电室，利用低温等离子体的导电性实现电池的短路放电；同时废旧电池中携带的电能量将转移到低温等离子体中，使低温等离子体转变为高温等离子体。
(2)放电完成后，对电池进行拆解，取出电池正极材料；将电池正极材料与硫酸亚铁及硫酸混合均匀置于反应室内，搅拌状态下通入氯化氢气体，并维持反应室内压力在6.5～7.0bar，以高温等离子体为热源将反应室内的温度维持在245～270℃，反应时长控制在40～50min。
(3)反应结束后，以纯水清洗过滤反应产物，得到产品1镍酸锂前驱体Ni(OH)2和中间产物硫酸铁、氯化锂混合溶液。
(4)用纳滤膜分离上述中间产物，得到硫酸铁溶液和氯化锂溶液；再经蒸发结晶后得到产品2硫酸铁和产品3氯化锂。
(5)高温等离子体为反应提供能量后转变为低温等离子体，再次回用于电池的短路放电。
其中：利用低温等离子体的导电性实现电池的短路放电，同时利用电池的电能量将低温等离子体转变为高温等离子体。
其中：反应所需的能量来源于废旧电池自身携带的电量，等离子体仅作为能量转移的媒介。
其中：反应所需硫酸亚铁、硫酸和氯化氢的量为正极材料中锂元素摩尔量的1～1.05倍、0.5～0.525倍和1～1.05倍。
其中：具体的反应方程为LiNiO2+FeSO4+0.5H2SO4+HCl＝Ni(OH)2+0.5Fe2(SO4)3+LiCl。
其中：最终产物为产品1镍酸锂前驱体Ni(OH)2、产品2硫酸铁和产品3氯化锂。
本发明的有益效果是：可以将废旧电池自身携带的电量用于正极材料的分解反应，不需要消耗外部热源；得到的产品1镍酸锂前驱体和产品3氯化锂可以直接回用于镍酸锂正极材料的生产，简化了镍酸锂正极材料的生产工序；无任何废弃物生成，产品2硫酸铁可直接出售盈利。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)将废旧电池置于低温等离子体放电室，利用低温等离子体的导电性实现电池的短路放电；同时废旧电池中携带的电能量将转移到低温等离子体中，使低温等离子体转变为高温等离子体。
(2)放电完成后，对电池进行拆解，取出电池正极材料；将电池正极材料与硫酸亚铁及硫酸混合均匀置于反应室内，搅拌状态下通入氯化氢气体，并维持反应室内压力在6.5bar，以高温等离子体为热源将反应室内的温度维持在245℃，反应时长控制在50min；硫酸亚铁、硫酸和氯化氢的用量为正极材料中锂元素摩尔量的1倍、0.5倍和1倍。
(3)反应结束后，以纯水清洗过滤反应产物，得到产品1镍酸锂前驱体Ni(OH)2和中间产物硫酸铁、氯化锂混合溶液。
(4)用纳滤膜分离上述中间产物，得到硫酸铁溶液和氯化锂溶液；再经蒸发结晶后得到产品2硫酸铁和产品3氯化锂。
(5)高温等离子体为反应提供能量后转变为低温等离子体，再次回用于电池的短路放电。
实施例2：
(1)将废旧电池置于低温等离子体放电室，利用低温等离子体的导电性实现电池的短路放电；同时废旧电池中携带的电能量将转移到低温等离子体中，使低温等离子体转变为高温等离子体。
(2)放电完成后，对电池进行拆解，取出电池正极材料；将电池正极材料与硫酸亚铁及硫酸混合均匀置于反应室内，搅拌状态下通入氯化氢气体，并维持反应室内压力在7.0bar，以高温等离子体为热源将反应室内的温度维持在270℃，反应时长控制在40min；硫酸亚铁、硫酸和氯化氢的用量为正极材料中锂元素摩尔量的1.05倍、0.525倍和1.05倍。
(3)反应结束后，以纯水清洗过滤反应产物，得到产品1镍酸锂前驱体Ni(OH)2和中间产物硫酸铁、氯化锂混合溶液。
(4)用纳滤膜分离上述中间产物，得到硫酸铁溶液和氯化锂溶液；再经蒸发结晶后得到产品2硫酸铁和产品3氯化锂。
(5)高温等离子体为反应提供能量后转变为低温等离子体，再次回用于电池的短路放电。

Claims (4)

1.本发明提供了一种以等离子体技术回收镍酸锂电池正极材料的方法，其特征在于：
(1)将废旧电池置于低温等离子体放电室，利用低温等离子体的导电性实现电池的短路放电；同时废旧电池中携带的电能量将转移到低温等离子体中，使低温等离子体转变为高温等离子体。
(2)放电完成后，对电池进行拆解，取出电池正极材料；将电池正极材料与硫酸亚铁及硫酸混合均匀置于反应室内，搅拌状态下通入氯化氢气体，并维持反应室内压力在6.5～7.0bar，以高温等离子体为热源将反应室内的温度维持在245～270℃，反应时长控制在40～50min。
(3)反应结束后，以纯水清洗过滤反应产物，得到产品1镍酸锂前驱体Ni(OH)2和中间产物硫酸铁、氯化锂混合溶液。
(4)用纳滤膜分离上述中间产物，得到硫酸铁溶液和氯化锂溶液；再经蒸发结晶后得到产品2硫酸铁和产品3氯化锂。
(5)高温等离子体为反应提供能量后转变为低温等离子体，再次回用于电池的短路放电。
2.根据权利要求1所述的一种以等离子体技术回收镍酸锂电池正极材料的方法，其特征在于：反应所需的能量来源于废旧电池自身携带的电量，等离子体仅作为能量转移的媒介。
3.根据权利要求1所述的一种以等离子体技术回收镍酸锂电池正极材料的方法，其特征在于：反应所需硫酸亚铁、硫酸和氯化氢的量为正极材料中锂元素摩尔量的1～1.05倍、0.5～0.525倍和1～1.05倍。
4.根据权利要求1所述的一种以等离子体技术回收镍酸锂电池正极材料的方法，其特征在于：具体的反应方程为LiNiO2+FeSO4+0.5H2SO4+HCl＝Ni(OH)2+0.5Fe2(SO4)3+LiCl。
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