一种溶解废旧锂离子电池正极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种溶解废旧锂离子电池正极材料的方法,本发明专利技术的技术方案要点为：一种溶解废旧锂离子电池正极材料的方法，主要以有机酸苹果酸为溶剂对废旧锂离子电池钴酸锂正极材料进行溶解，并且具体公开了具体的溶解步骤以及对溶解过程中的各参数的设定。本发明专利技术使用有机酸苹果酸做溶剂对设备损害较小，并且具有环保、工艺简单、回收率高、可工业推广等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及废旧锂离子电池再资源化
，具体涉及。
技术介绍
锂离子电池具有一系列优良性能，具有高比能量，高功率密度，工作电压高，循环寿命长等优势，问世十几年以来，已被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机等领域，现在又逐步向新能源汽车，电动工具类进发，市场份额显著提高。目前锂离子电池正极材料主要有 LiM02 (LiCo02、LiNi02、LiNi1/3Co1/3Mn1/302)系统，锂锰氧化物(LiCo02)系统以及铁锂系统(LiFeP04)系统，其中LiM02系统具有制备容易、污染低、价格便宜，、安全性高等优点，因而得到了广泛的研究和利用。然而，以钴酸锂为正极材料的锂离子电池正常使用寿命大约只有3年左右，随着锂离子电池的广泛应用，废旧电池量逐年攀升。锂离子电池中含有六氟磷酸锂、有机溶剂碳酸酯、铝、铜、锰等化学物质，其中六氟磷酸锂有强腐蚀性，而碳酸酯的沸点在90°C左右，易挥发，易燃易爆，这些有毒有害物质会对大气、水、土壤造成严重的污染，并且还会危害人体健康。废旧锂离子电池中的塑料或金属外壳、电解液、电解质盐以及电极废料均具有回收价值，所以回收利用废旧锂离子电池具有环保价值及经济效益。处理废旧锂离子电池后得到电池的正极材料以后，要将其重新溶解才能进一步制成高附加值产品。目前，很多相关研究都是以无机酸如硝酸、硫酸、盐酸为溶剂来溶解锂离子电池正极材料，但是无机酸的腐蚀性强，易污染环境，对实验设备损害较大。本专利对废旧锂离子电池正极材料LiCo02在有机酸中的溶解性能进行了研究。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术的不足而提供了，该方法对废旧锂离子电池正极材料的溶解率较高，并且对设备的损坏较小。本专利技术的技术方案为:，其特征在于主要以有机酸苹果酸为溶剂对废旧锂离子电池钴酸锂正极材料进行溶解，具体步骤为:(1)将废旧锂离子电池经过剥离外壳、破碎、筛选处理得到废旧锂离子电池中的钴酸锂正极材料；(2)将步骤(1)得到的钴酸锂正极材料溶解于摩尔浓度为0.1-2.0mol/L的苹果酸溶液中，其中钴酸锂正极材料的质量与苹果酸溶液的体积比为10-90g/L，然后放在恒温磁力搅拌器上于40-50°C进行水浴加热溶解；(3)向步骤(2)制得的溶液中加入质量浓度为30%的过氧化氢溶液，其中过氧化氢溶液的体积加入量为步骤(2)制得溶液体积的3%-7%，产生气泡后，过滤，洗涤，这样即完成废旧锂离子电池钴酸锂正极材料的溶解过程。本专利技术所述的步骤(2)中的苹果酸溶液的摩尔浓度为0.75-1.25mol/L，其中优选为1.0mol/L ;所述的步骤(2)中钴酸锂正极材料的质量与苹果酸溶液的体积比为60-75g/L，其中优选为60g/L ;所述的步骤(2)中水浴加热溶解的温度为40-50°C，其中优选为45°C;所述的步骤(3)中过氧化氢溶液的体积加入量为步骤(2)制得溶液体积的3%-5%，其中优选为5%。本专利技术使用有机酸苹果酸做溶剂对设备损害较小，并且具有环保、工艺简单、回收率高、可工业推广等优点，另外，苹果酸的酸性较强，电导率较高，适宜做有机酸溶剂，采用本专利技术的溶解方法对废旧锂离子电池钴酸锂正极材料的溶解率最高可达到99.05%。【具体实施方式】以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。将废旧的锂离子电池(以钴酸锂为正极材料)按照正确的方法步骤进行剥离外壳、简单破碎、筛选等处理，以得到废旧锂离子电池中的钴酸锂正极材料。先用电子天平称取质量为mi的钴酸锂正极材料样品，将其溶解于苹果酸溶液中，然后放在恒温磁力搅拌器上进行水浴加热溶解，大约2min后测混合液的pH值，再向溶液中加入质量浓度为30%的过氧化氢溶液，立即有大量气泡产生，待气泡消失后测得此时的pH值，再向溶液中加氨水，使溶液的pH=7，防止溶解过程中出现沉淀，到达一定的反应时间后将溶液进行抽滤，滤渣在100°C左右于电热鼓风恒温干燥箱中干燥24h，称量其质量记为m2，则锂离子电池钴酸锂正极材料的溶解率为:ω (%) = X 100。本试验重点考察溶解温度、溶解时间、料液比(钴酸锂正极材料的质量与苹果酸溶液的体积比)、过氧化氢溶液加入量(过氧化氢溶液的体积与加入苹果酸溶液后的混合溶液的体积百分比，其中过氧化氢溶液的质量浓度为30%)和苹果酸溶液的摩尔浓度等五个因素对钴酸锂正极材料在苹果酸溶液中的溶解率的影响，为了寻求适宜的溶解条件，根据单因素试验的结果各取三个水平进行正交试验。实施例1 溶解时间对钴酸锂正极材料溶解率的影响 分别设定溶解时间为5min、10min、15min、20min、30min，溶解温度50°C、料液比60g/L、过氧化氢溶液加入量7.0%、苹果酸浓度1.0mol/L，然后测定对应的溶解率。随着溶解时间的增加，溶解率逐渐增大，lOmin后溶解率基本不变，这种现象的原因为在5min时钴酸锂正极材料未跟苹果酸溶液反应完全，而lOmin后溶解试验中的化学反应趋于平衡状态，故确定溶解时间为lOmin。实施例2 苹果酸溶液的摩尔浓度对钴酸锂正极材料溶解率的影响 分别设定苹果酸溶液的摩尔浓度为0.1mol/L、0.5mol/L、l.0mol/L、1.5mol/L、2.0mol/L,溶解温度50°C，料液比60g/L、过氧化氢溶液加入量7.0%、溶解时间lOmin，然后测定对应的溶解率。随着苹果酸溶液摩尔浓度的增大，溶解率逐渐增大，当苹果酸溶液的摩尔浓度为1.0mol/L时，溶解率最大，之后苹果酸溶液的摩尔浓度继续当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溶解废旧锂离子电池正极材料的方法，其特征在于主要以有机酸苹果酸为溶剂对废旧锂离子电池钴酸锂正极材料进行溶解，具体步骤为：（1）将废旧锂离子电池经过剥离外壳、破碎、筛选处理得到废旧锂离子电池中的钴酸锂正极材料；（2）将步骤（1）得到的钴酸锂正极材料溶解于摩尔浓度为0.1‑2.0mol/L的苹果酸溶液中，其中钴酸锂正极材料的质量与苹果酸溶液的体积比为20‑100g/L，然后放在恒温磁力搅拌器上于40‑50℃进行水浴加热溶解；（3）向步骤（2）制得的溶液中加入质量浓度为30%的过氧化氢溶液，其中过氧化氢溶液的体积加入量为步骤（2）制得溶液体积的2%‑10%，产生气泡，待气泡消失后（抽滤定容），称量滤渣重量计算正极材料的溶解率，检测滤液中的离子含量测定离子浸出率测定溶液的pH值；（4）向步骤（3）制得的溶液中加入氨水，调节溶液的pH值为5‑8，防止溶解过程中出现沉淀，这样即完成废旧锂离子电池钴酸锂正极材料的溶解过程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范暄民，
申请(专利权)人：范暄民，
类型：发明
国别省市：河南;41