本发明专利技术公开了一种从报废锂电池中回收锂的装置和方法，包括有分离膜，该分离膜上设置有多道相互取向一致的微米通道，该微米通道的直接为10‑100um，所述的分离膜的一侧设置有与微米通道的入口端相通的原液区，该分离膜的另一侧设置有与微米通道的出口端相连的分离区，所述的微米通道的内壁上设置有一段阴离子交换膜，该阴离子交换膜的外表面与微米通道的内腔相连通，所述的分离膜的相对于原液区的一侧设置有第一电极，分离膜的相对于分离区的一侧设置有第二电极，该第一电极和第二电极用于产生覆盖于微米通道场强方向从分离区向原液区的场强，所述的阴离子交换膜上设置有第三电极。本发明专利技术的优点是只需要百微米级孔径要求，减少操作压力和制造难度，从而降低了分离成本并有助于产业推广。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于金属离子分离处理
，尤其涉及一种从报废锂电池中回收锂的装置和方法。
技术介绍
随着科技的发展，电子产品已经渗透到人们生活的每个角落。由于锂离子电池与镉镍电池、氢镍电池相比，具有体积小、质量轻、工作电压高、体积和质量比能量高、无记忆效应、 自放电小、工作温度范围宽、寿命长等优点已经主导了小型便携式电子产品市场。例如：通讯电话、摄像机、便携式笔记本等。随着社会不断发展，气候、能源和环境问题的出现，锂离子电池已经广泛应用于电动车领域。2013年，我国电池制造业主要产品中，锂离子电池已累计完成产量42.36亿只，累计同比增长14.1%。2014年，中国生产了54.3亿只锂离子电池，年复合增长率在40%左右，约占全球总产量的70%。在2015年达到56亿只，同比增长3.13%。电容方面，2015年，国内动力锂离子电池总产量增加到15.7GWh，是2014年产量的3倍。而锂离子电池使用寿命一般在 3～5 年，因此每年都会有大量废旧锂离子电池出现。如果处理不当，它会对环境和人类健康造成一系列危害。此外，由于锂离子电池正极材料多为过渡金属氧化物，如 LiFePO4、LiCoO2、Li[NixCo1－2xMnx]O2等，其中含有贵重和稀缺金属比如钴、镍、锂等。经测定，报废锂离子电池中钴、锂、铜、铝、铁含量分别为23.18%、3.39%、2.90%、0.94%、0.32%。因此，对废旧锂离子电池进行无害化处理及对其中的金属进行资源化回收再利用意义重大。目前，回收废旧锂离子电池主要有以下三种方法：火法冶金法、湿法冶金法、生物浸出法。火法冶金法，即直接采用高温处理破除金属外壳，使用浮选、沉淀等方法得到金属化合物。此过程工艺较简单，但能耗高，也会产生大量废气，所以需要有严格的空气过滤标准。湿法冶金法是先使用机械方法破除电池金属外壳，后采取浸取、沉淀、离子交换、吸附等方法得到金属化合物，其回收得到的金属纯净度较高，能耗低，是较广泛应用的分离回收金属离子的方法，但是其工艺复杂。生物浸出法由于具有高的效率、低的成本、少的工业需求、对环境友好等优点正逐渐取代湿法冶金法，但是此方法花费时间较长，细菌较难培养。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的缺点，提出一种新型的报废锂离子电池回收处理方法及装置，设计一种分离钴离子（Co2+）、铜离子（Cu2+）、铝离子（Al3+）、铁离子（Fe3+）等高价金属离子和锂离子(Li+)的分离膜装置，该装置只需要百微米级孔径要求，减少操作压力和制造难度，从而降低了分离成本并有助于产业推广。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是包括有分离膜，该分离膜上设置有多道相互取向一致的微米通道，该微米通道的直径为10-100um，所述的分离膜的一侧设置有与微米通道的入口端相通的原液区，原液区内设置有报废锂电池的电解液，该分离膜的另一侧设置有与微米通道的出口端相连的分离区，所述的微米通道的内壁上设置有一段阴离子交换膜, 该离子交换膜的外表面与微米通道的内腔相连通，该分离膜相对于离子交换膜的内表面内侧连通设置有缓冲液通道，所述的分离膜的相对于原液区的一侧设置有第一电极(V1)，分离膜的相对于分离区的一侧设置有第二电极(V2)，该第一电极和第二电极用于产生覆盖于微米通道方向驱动所需分离的离子从分离区向原液区运动的第一场强，所述的离子交换膜上设置有第三电极(V3)，该第三电极的电势根据具体的待分离离子独立可调设置。进一步设置是所述的第三电极外连接有用于调节第三电极电势的可调电压源。进一步设置是含有待分离的相对高价的钴离子（Co2+）、铜离子（Cu2+）、铝离子（Al3+）、铁离子（Fe3+）和相对低价的锂离子（Li+）的报废锂电池电解液置于原液区，对原液区的原液施加一个从原液区向分离区方向的压力，通过调节第三电极的电势，使得相对高价的钴离子（Co2+）、铜离子（Cu2+）、铝离子（Al3+）、铁离子（Fe3+）在微米通道中受到的场强力大于水流力并使得这些高价离子留于原液区，而锂离子（Li+）在微米通道中受到的场强力小于介质压力并使得锂离子（Li+）从微米通道进入到分离区，从而使得锂离子（Li+）和相对高价的钴离子（Co2+）、铜离子（Cu2+）、铝离子（Al3+）、铁离子（Fe3+）分离。本专利技术的工作原理和优点是：分离膜表面通过微米加工，刻蚀出无数多个微米通道，并在微米通道中央交替有规律的嵌入阴离子交换膜，并在阴离子交换膜表面嵌入电极并施加电压，阴离子交换膜连接着一个充满缓冲池用来中和进入阴离子交换膜的阴离子C-，由于系统的电中性保持，电离出D+离子。分离膜左端出口连接着高价离子收集池（Co2+、Cu2+、Al3+和Fe3+），通道右端则连接着锂离子(Li+)的收集池。并在分离膜的两端应用一个直流电场（E），方向垂直的指向左方（如图所示）。接通电源，使得保证这三个电极的电势关系V2 > V3 > V1，施加外部压力，驱动原液运动，进而带动不同价态的离子运动。通常，离子在溶液中的受力由电场力和水流的粘性力决定。这里，本专利技术施加了一个直流电场（E），其方向为从右向左，如图所示，故而相对较低的锂离子(Li+)受到一个向左的电场力。在外部压力的作用下（压力从左往右），当压力足够大时，相对较低的锂离子(Li+)受到的电场力小于水流力，此时锂离子(Li+)则随着水流向右流动。钴离子（Co2+）、铜离子（Cu2+）、铝离子（Al3+）和铁离子（Fe3+）分离也受到向右的水流力，为了保证高价离子（Co2+、Cu2+、Al3+和Fe3+）不能通过本专利技术的离子分离膜，而相对较低的锂离子(Li+)可以通过分离膜，因此本专利技术在离子分离膜设计中，在微通道中央嵌入阴离子交换膜。在外电场（E）和阴离子交换膜表面的电压下的作用下，阴离子交换膜表面附近形成极端不均的离子浓度分布，即发生了离子的浓度极化现象。在膜表面的电场得到了放大（较之，直流电场E，在膜表面的电场强度可以放大到高达10倍，方向仍然和外电场一样。这是通过改变阴离子交换膜外侧电极的电势提高离子交换膜表面溶液的浓度极化的程度进而实现了离子交换膜表面电场的放大）。在不施加外部压强的条件下，Co2+、Cu2+、Al3+、Fe3+和Li+由于电场力的作用都不能穿越浓度极化区。在外部压强作用下，压力造成的水流会对Co2+、Cu2+、Al3+、Fe3+ 和Li+ 形成粘滞拽力。当水流拽力（正比于水流速度）大于Li+ 所受的电场力同时小于（Co2+、Cu2+、Al3+、Fe3+）所受的电场力时，Li+ 跨越离子交换膜区域，随水流出本专利技术离子分离膜,进入Li+收集池。同时，因为水流力不足以克服Co2+、Cu2+、Al3+、Fe3+所受电，所以Co2+、Cu2+、Al3+、Fe3+等高价离子被阻挡在阴离子交换膜的上游或者本专利技术分离膜的的左端，即Co2+、Cu2+、Al3+、Fe3+等高价离子收集池。从而实现了Li+与Co2+、Cu2+、Al3+、Fe3+的分离。下面结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术做进一步介绍。附图说明图1 本专利技术具体实施方式结构示意图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行具体的描述，只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限定本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种从报废锂电池中回收锂的装置，其特征在于分离膜设置，该分离膜上设置有多道相互取向一致的微米通道，该微米通道的直径为10‑100um，所述的分离膜的一侧设置有与微米通道的入口端相通的原液区，原液区内设置有报废锂电池的电解液，该分离膜的另一侧设置有与微米通道的出口端相连的分离区，所述的微米通道的内壁上设置有一段阴离子交换膜，该离子交换膜的外表面与微米通道的内腔相连通，该分离膜相对于离子交换膜的内表面内侧连通设置有缓冲液通道，所述的分离膜的相对于原液区的一侧设置有第一电极(V1)，分离膜的相对于分离区的一侧设置有第二电极(V2)，该第一电极和第二电极用于产生覆盖于微米通道方向驱动所需分离的离子从分离区向原液区运动的第一场强，所述的离子交换膜上设置有第三电极(V3)，该第三电极的电势根据具体的待分离离子独立可调设置。
【技术特征摘要】
1.一种从报废锂电池中回收锂的装置，其特征在于分离膜设置，该分离膜上设置有多道相互取向一致的微米通道，该微米通道的直径为10-100um，所述的分离膜的一侧设置有与微米通道的入口端相通的原液区，原液区内设置有报废锂电池的电解液，该分离膜的另一侧设置有与微米通道的出口端相连的分离区，所述的微米通道的内壁上设置有一段阴离子交换膜，该离子交换膜的外表面与微米通道的内腔相连通，该分离膜相对于离子交换膜的内表面内侧连通设置有缓冲液通道，所述的分离膜的相对于原液区的一侧设置有第一电极(V1)，分离膜的相对于分离区的一侧设置有第二电极(V2)，该第一电极和第二电极用于产生覆盖于微米通道方向驱动所需分离的离子从分离区向原液区运动的第一场强，所述的离子交换膜上设置有第三电极(V3)，该第三电极的电势根据具体的待分离离子独立可调设置。2.根据权利要求1所述的一种从报废锂电池中回收...
【专利技术属性】
技术研发人员：李子瑞，刘伟，朱育丹，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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