从废旧锂离子电池正极片中回收高纯锂的方法技术

本发明专利技术涉及回收废旧锂离子电池技术领域，具体涉及一种从废旧锂离子电池正极片中回收高纯锂的方法。将废旧锂离子电池的正极片与外电源的正极相连，惰性电极与外电源的负极相连，电解液为铝盐溶液，通电电解得到含锂混合溶液；将惰性电极与外电源的正极相连，自制电极与外电源的负极相连，电解液为含锂混合溶液，通电电解得到锂离子镶嵌的自制电极；将锂离子镶嵌的自制电极与外电源的正极相连，惰性电极与外电源的负极相连，电解液为氢氧化锂溶液，通电电解，金属锂进入溶液中，蒸发溶液，得到氢氧化锂固体。本发明专利技术得到的氢氧化锂纯度高，金属锂的回收率高。

A method of recovering high purity lithium from waste positive plates of lithium ion batteries

【技术实现步骤摘要】
从废旧锂离子电池正极片中回收高纯锂的方法
本专利技术涉及回收废旧锂离子电池
，具体涉及一种从废旧锂离子电池正极片中回收高纯锂的方法。
技术介绍
锂离子电池被广泛应用于储能设备和电动汽车领域中，主要的形式有钴酸锂电池、镍酸锂电池、锰酸锂电池、镍钴锰酸锂电池和磷酸铁锂电池。随着锂离子电池的广泛应用，金属锂的用量逐渐增多，但是金属锂的资源有限，其价格波动较大，而且它不是可再生材料。锂离子电池的广泛应用导致锂离子电池大量消耗，废旧的锂离子电池也越来越多，金属锂资源的浪费也越来越严重。从废旧锂离子电池中回收金属锂，对降低能源消耗、保护环境具有重要的意义，也是本领域研究人员密切关注并亟需解决的问题。中国专利CN101818251A公开一种从废锂离子电池中回收钴和锂的方法，该方法首先将废锂离子电池进行放电、拆解，废正极片碱浸和过滤处理得到LiCoO2粉末，LiCoO2粉末与碱金属钠和钾的盐按质量比为1:3-9的比例充分混合后，于500℃-750℃温度下焙烧0.2-3小时，焙烧产物在40℃-70℃的温度下用水进行5-30分钟浸出，浸出液经沉钴和沉锂操作获得草酸钴和碳酸锂，浸出废液用硫酸调整成分并进行结晶处理获得钠和钾的硫酸氢盐，钠和钾的硫酸氢盐在焙烧过程被再利用。该方法采用火法与湿法结合回收金属钴和锂，但是该方法由于高温，能耗较高，流程长，得到的锂的化合物纯度低。中国专利CN103035977A公开一种从废旧锂离子电池中分离回收锂的方法，将废旧锂离子电池放电后进行拆分，去掉电池外壳；对电池芯进行粉碎；将粉碎后的电池芯用无机酸和氧化剂进行浸出，过滤，得到滤液；将滤液的pH值调到大于或等于8，过滤除去杂质和沉淀，得到含锂离子的回收液；用树脂吸附回收液中的锂离子；对树脂进行解吸附，得到碳酸锂。该方法碱耗高，流程复杂，同时没有说明金属锂的回收效果。中国专利CN109659642A公开一种分离废旧锂离子电池正极片中铝箔和正极活性物质的方法。包括以下步骤：(1)收集从废旧锂离子电池中拆解出来的正极片；(2)配制浓度为0-0.01g/L或大于0.01g/L的电解质水溶液；(3)以步骤(1)所得正极片为阳极，以铝片、铜片或铂片为阴极，将阳极和阴极垂直插入电解质水溶液中，通电后于1-4000A/m2条件下电解，直至正极片上的活性物质完全脱落；或者是以步骤(1)所得正极片为阴极，以铝片、铜片或铂片为阳极，其它操作不变；(4)电解完成后，收集正极片，即得到回收的铝箔；对电解后的溶液进行过滤，滤渣为脱除了锂的正极活性物质，滤液为含锂溶液。该专利中得到的是含有锂的混合溶液，没有把锂进一步提取出来，锂的回收率低，纯度较低。现有专利或文献中均是采用熔炼，焙烧或浸出的方法回收金属锂，金属锂的回收率和纯度较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种从废旧锂离子电池正极片中回收高纯锂的方法，该方法得到的氢氧化锂纯度高，金属锂的回收率高。本专利技术所述的从废旧锂离子电池正极片中回收高纯锂的方法，包括以下步骤：(1)将拆解后的废旧锂离子电池的正极片与外电源的正极相连，惰性电极与外电源的负极相连，以铝盐溶液作为电解液，进行电解，实现铝箔与活性组分的分离，同时锂进入溶液中，得到含有活性组分和锂的溶液；(2)将自制电极与外电源的负极相连，惰性电极与外电源的正极相连，以步骤(1)得到的含有活性组分和锂的溶液为电解液，进行电解，得到锂离子镶嵌的自制电极和含有活性组分的溶液；(3)将锂离子镶嵌的自制电极与外电源的正极相连，惰性电极与外电源的负极相连，以氢氧化锂溶液为电解液，进行电解，电解结束后，锂离子镶嵌的自制电极上的锂进入溶液中，蒸发溶液，得到高纯氢氧化锂。其中：步骤(1)中，废旧锂离子电池的正极片为钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂或镍钴锰酸锂的三元正极的电极片；惰性电极为铂片电极、铜片电极、石墨板电极或铝片电极；铝盐溶液为硫酸铝溶液，硫酸铝溶液的浓度为5-30g/L。步骤(1)中，电解电压为1-30V，电解时间为10-480min；废旧锂离子电池的正极片与惰性电极的间距为1-30cm。步骤(2)中，自制电极的制备为：将物质A、高纯石墨与聚偏氟乙烯混合均匀形成粉末，将有机溶剂加入至粉末中，研磨成浆料，将浆料均匀涂覆在铜箔或石墨板上，真空干燥，冷却制得。物质A为氧化钴、氧化镍、氧化锰或磷酸铁中的一种或多种；物质A、高纯石墨与聚偏氟乙烯的质量比为1-20:1:1。有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮，物质A与有机溶剂的用量比为4-6:5-10，物质A以g计，有机溶剂以mL计；干燥温度为80-200℃，干燥时间为10-24h。步骤(2)中，电解电压为1-30V，电解时间为0.5-24h，惰性电极与自制电极的间距为1-30cm；惰性电极与步骤(1)中的惰性电极相同。将步骤(2)电解后的含有活性组分的溶液过滤，滤饼为活性组分镍钴锰氧化物混合物；滤液为含铝盐溶液，返回步骤(1)循环使用。步骤(3)中，电解电压为1-30V，电解时间为0.5-24h，锂离子镶嵌的自制电极与惰性电极的间距为1-30cm。步骤(3)中，氢氧化锂溶液的浓度为5-10g/L；惰性电极与步骤(1)中的惰性电极相同。本专利技术的有益效果如下：本专利技术步骤(1)中，废旧锂离子电池的正极片与外电源的正极相连，惰性电极与外电源的负极相连，通电后，溶液中出现电流，两个电极之间存在电场，废旧锂离子电池正极片中的锂离子和镍钴锰氧化物活性组分受到电场力的作用，存在向负极移动的趋势，使得镍钴锰氧化物活性组分与铝箔之间的粘结力变弱，随着通电时间延长，镍钴锰氧化物活性组分逐渐脱落，进入溶液中，实现了镍钴锰氧化物活性组分与铝箔的分离；同时锂离子在电场力作用下，离开晶格进入溶液中，也实现了金属锂与铝箔的分离；本专利技术步骤(2)中，将惰性电极与外电源的正极相连，自制电极与外电源的负极相连，电解质溶液为步骤(1)得到的含有活性组分和锂的溶液，进行通电电解，锂离子在电场力作用下，向自制电极方向移动，逐步镶嵌在自制电极表面，实现了锂离子与溶液的分离。再将得到的溶液过滤，滤饼为镍钴锰氧化物的混合物，用于回收镍钴锰金属；滤液为铝盐溶液，返回步骤(1)循环使用，节约了资源和成本。本专利技术步骤(3)中，将步骤(2)得到的锂离子镶嵌的自制电极与外电源的正极相连，惰性电极与外电源的负极相连，电解液为氢氧化锂溶液，通电后，锂离子在电场力作用下，再次进入溶液中，蒸发溶液，得到高纯氢氧化锂固体。本专利技术通过步骤(2)将含有活性组分和锂混合溶液中的锂离子镶嵌在自制电极表面，再通过步骤(3)将自制电极表面的锂离子电解到电解液中，对电解液进行蒸发，最终得到氢氧化锂固体。本专利技术通过步骤(2)和步骤(3)的共同作用，提高了氢氧化锂固体的纯度，金属锂的回收率高。本专利技术得到的氢氧化锂固体的纯度在99.9％以上，金属锂的回收率在96.0％以上。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术做进一步描述。实施例1(1)将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从废旧锂离子电池正极片中回收高纯锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将拆解后的废旧锂离子电池的正极片与外电源的正极相连，惰性电极与外电源的负极相连，以铝盐溶液作为电解液，进行电解，实现铝箔与活性组分的分离，同时锂进入溶液中，得到含有活性组分和锂的溶液；/n(2)将自制电极与外电源的负极相连，惰性电极与外电源的正极相连，以步骤(1)得到的含有活性组分和锂的溶液为电解液，进行电解，得到锂离子镶嵌的自制电极和含有活性组分的溶液；/n(3)将锂离子镶嵌的自制电极与外电源的正极相连，惰性电极与外电源的负极相连，以氢氧化锂溶液为电解液，进行电解，电解结束后，锂离子镶嵌的自制电极上的锂进入溶液中，蒸发溶液，得到高纯氢氧化锂。/n

【技术特征摘要】
1.一种从废旧锂离子电池正极片中回收高纯锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将拆解后的废旧锂离子电池的正极片与外电源的正极相连，惰性电极与外电源的负极相连，以铝盐溶液作为电解液，进行电解，实现铝箔与活性组分的分离，同时锂进入溶液中，得到含有活性组分和锂的溶液；
(2)将自制电极与外电源的负极相连，惰性电极与外电源的正极相连，以步骤(1)得到的含有活性组分和锂的溶液为电解液，进行电解，得到锂离子镶嵌的自制电极和含有活性组分的溶液；
(3)将锂离子镶嵌的自制电极与外电源的正极相连，惰性电极与外电源的负极相连，以氢氧化锂溶液为电解液，进行电解，电解结束后，锂离子镶嵌的自制电极上的锂进入溶液中，蒸发溶液，得到高纯氢氧化锂。


2.根据权利要求1所述的从废旧锂离子电池正极片中回收高纯锂的方法，其特征在于：步骤(1)中，废旧锂离子电池的正极片为钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂或镍钴锰酸锂的三元正极的电极片；惰性电极为铂片电极、铜片电极、石墨板电极或铝片电极；铝盐溶液为硫酸铝溶液，硫酸铝溶液的浓度为5-30g/L。


3.根据权利要求1所述的从废旧锂离子电池正极片中回收高纯锂的方法，其特征在于：步骤(1)中，电解电压为1-30V，电解时间为10-480min；废旧锂离子电池的正极片与惰性电极的间距为1-30cm。


4.根据权利要求1所述的从废旧锂离子电池正极片中回收高纯锂的方法，其特征在于：步骤(2)中，自制电极的制备为：将物质A、高纯石墨与聚偏氟乙烯混合均匀形成粉末，将有机溶剂加入至粉末中，研磨成浆料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚莉，陈霞，楚玮，曹宁，崔洪友，王鸣，王晶，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37