锂离子电池正极材料中选择性提取锂和过渡金属的回收方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池正极材料中选择性提取锂和过渡金属的回收方法，包括：a)将锂离子电池正极材料废料浸泡在pH为0～3的选择性提取溶液中，得到锂离子浓缩液A和含有过渡金属元素的固体产物B，所述选择性提取溶液包括沉淀剂和还原剂，所述沉淀剂选自草酸、草酸盐、碘酸及碘酸盐中的一种或多种；b)在步骤a)所得锂离子浓缩液中加入碱液调节pH为8～11，使得所得锂离子浓缩液中形成氢氧化物沉淀；c)去除步骤b)所得锂离子浓缩液中的所述氢氧化物沉淀，得到锂离子初纯液；以及d)在所述锂离子初纯液中加入水溶性碳酸盐，在55℃～95℃下进行静置或搅拌回流，使得所述锂离子初纯液中的锂离子形成碳酸锂沉淀。

Recovery method of selective extraction of lithium and transition metals from cathode materials of lithium-ion batteries

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池正极材料中选择性提取锂和过渡金属的回收方法
本专利技术涉及电池回收
，特别是涉及一种锂离子电池正极材料中选择性提取锂和过渡金属的回收方法。
技术介绍
锂离子电池由于其能量密度高，工作电压大，使用温度范围广等特点，被广泛使用于移动电子设备，移动通信设备上。近年来，随着电动汽车与大型储能设备的使用与普及，锂离子电池的需求量与使用量呈现爆发式增长。锂作为生产锂离子电池必不可少的原料，其使用及需求大幅增长。矿物锂资源储量也随着大规模的开采而减少，开采成本及难度进而提高。从废旧锂离子电池材料，特别是广泛用于电动车动力电池的三元正极材料中回收锂资源，显得至关重要。目前锂离子电池回收技术普遍使用的是首先通过机械处理得到正极材料粉末，再通过还原剂对正极材料进行溶解，得到含有镍、钴、锰、锂等金属离子的混合溶液，再通过萃取法将锰、钴、镍从体系中分离出来，得到其对应的硫酸盐。由于经过至少三次萃取分离过渡金属(锰/钴/镍)，其过程将引入大量钠离子，使最终溶液中硫酸钠含量占绝对主导地位，而锂在溶液中浓度相对较低，从而使锂提取的步骤繁多，提取工艺成本大幅提高，导致现阶段在电池材料回收过程中，锂的回收不具备经济可行性。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统锂离子电池回收技术锂在回收溶液中浓度低导致锂提取的步骤繁多的问题，提供一种锂离子电池正极材料中选择性提取锂和过渡金属的回收方法。一种锂离子电池正极材料中选择性提取锂和过渡金属的回收方法，包括：a)将锂离子电池正极材料废料浸泡在pH为0～3的选择性提取溶液中，得到锂离子浓缩液A和含有过渡金属元素的固体产物B，所述选择性提取溶液包括沉淀剂和还原剂，所述沉淀剂选自草酸、草酸盐、碘酸及碘酸盐中的一种或多种；b)在步骤a)所得锂离子浓缩液中加入碱液调节pH为8～11，使得所得锂离子浓缩液中形成氢氧化物沉淀；c)去除步骤b)所得锂离子浓缩液中的所述氢氧化物沉淀，得到锂离子初纯液；以及d)在所述锂离子初纯液中加入水溶性碳酸盐，在55℃～95℃下进行静置或搅拌回流，使得所述锂离子初纯液中的锂离子形成碳酸锂沉淀。在其中一个实施例中，所述锂离子电池正极材料废料中的金属元素除包括Li，还包括Mn、Ni和Co中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述选择性提取溶液pH为0～2.5。在其中一个实施例中，步骤a)还包括，将所述锂离子浓缩液为母液，再次加入所述锂离子电池正极材料废料和所述选择性提取溶液得到新的锂离子浓缩液和新的含有过渡金属元素的固体产物。在其中一个实施例中，所述沉淀剂在所述选择性提取溶液中的浓度为0.1mol/L～10mol/L。在其中一个实施例中，所述还原剂选自过氧化氢、二氧化硫、亚硫酸、亚硫酸盐、联氨、一氧化氮和碘化物中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述选择性提取溶液包括硫酸、焦硫酸、过硫酸、高碘酸、氢碘酸、硝酸、亚硝酸、氯酸、高氯酸、溴酸、氢溴酸、高溴酸、氟硅酸、六氟合锑酸、六氟磷酸、磷酸、苹果酸、柠檬酸、甲酸和苯甲酸中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述水溶性碳酸盐选自碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵及碳酸氢铵中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述锂离子电池正极材料废料与所述选择性提取溶液的固液比为1g/L～500g/L。在其中一个实施例中，所述选择性提取液为草酸和碘酸中的一种或两种、硫酸和过氧化氢的混合物，所述碳酸盐为碳酸钠和碳酸钾中的一种或两种；或者，所述选择性提取液为草酸或碘酸中的一种或两种、硫酸和硫酸铵的混合物，所述碳酸盐为碳酸铵和碳酸氢铵中的一种或两种。本专利技术实施例通过最终形成碳酸锂沉淀的方式回收锂离子电池正极材料废料中的锂。本专利技术实施例尤其适用于含有过渡金属元素的锂离子电池正极材料废料中锂的回收。本专利技术实施例的回收方法为先在选择性提取溶液中使得正极材料中的大部分过渡金属元素形成滤渣而去除，锂离子在选择性提取溶液中溶液而得到锂离子浓缩液，然后通过碱性溶液使得锂离子浓缩液中因正、负极极片未完全分离而混入的金属铝、铜等，和因前期处理时混入的铁、钠、钙、镁、锌等杂质金属元素形成氢氧化物沉淀而去除，最后通过使锂形成碳酸锂固体沉淀而回收锂离子电池正极材料废料中的锂。由于形成碳酸锂沉淀时，溶液中的其他过渡金属，如Mn、Ni、Co等也会与碳酸盐反应形成沉淀，本专利技术实施例通过在前序步骤中先在选择性提取溶液中使得其他过渡金属元素形成沉淀的方式避免在碳酸盐而提前去除其他过渡金属。专利技术人创造性地发现，在选择性提取溶液中，锂盐能够溶解，而大多数过渡金属会形成草酸盐和/或碘酸盐沉淀，溶解后的pH达到1-3，从而使得锂离子继续溶解在选择性提取溶液中而大部分过渡金属形成含有过渡金属元素的固体产物，而锂则溶解于溶液中。从而使得正极材料废料中的锂离子和过渡金属分离，使得锂离子在选择性提取溶液中浓缩的目的，达到优先选择性提取锂的效果，提高回收效率。附图说明图1为本专利技术一实施例的锂离子电池正极材料中锂的回收方法的流程示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。请参阅图1，本专利技术实施例提供一种锂离子电池正极材料中选择性提取锂和过渡金属的回收方法，包括：S100，将锂离子电池正极材料废料浸泡在pH为0～3选择性提取溶液中，得到锂离子浓缩液A和含有过渡金属元素的固体产物B，所述选择性提取溶液包括沉淀剂和还原剂，所述沉淀剂选自草酸、草酸盐、碘酸及碘酸盐中的一种或多种，锂离子电池正极材料废料溶解在选择性提取溶液后溶液的pH约为1～3；S200，在步骤S100所得锂离子浓缩液中加入碱液调节pH为8～11，使得所述锂离子浓缩液中形成氢氧化物沉淀；S300，去除步骤S200所得锂离子浓缩液中的所述氢氧化物沉淀，得到锂离子初纯液；以及S400，在所述锂离子初纯液中加入水溶性碳酸盐，在55℃～95℃下进行静置或搅拌回流，使得所述锂离子初纯液中的锂离子形成碳酸锂沉淀。本专利技术实施例通过最终形成碳酸锂沉淀的方式回收锂离子电池正极材料废料中的锂。本专利技术实施例尤其适用于含有过渡金属元素的锂离子电池正极材料废料中锂的回收。本专利技术实施例的回收方法为先在选择性提取溶液中使得正极材料中的大部分过渡金属元素形成滤渣而去除，锂离子在选择性提取溶液中溶液而得到锂离子浓缩液，然后通过碱性溶液使得锂离子浓缩液中因正、负极极片未完全分离而混入的金属铝、铜等，和因前期处理时混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池正极材料中选择性提取锂和过渡金属的回收方法，包括：/na)将锂离子电池正极材料废料浸泡在pH为0～3的选择性提取溶液中，得到锂离子浓缩液A和含有过渡金属元素的固体产物B，所述选择性提取溶液包括沉淀剂和还原剂，所述沉淀剂选自草酸、草酸盐、碘酸及碘酸盐中的一种或多种；/nb)在步骤a)所得锂离子浓缩液中加入碱液调节pH为8～11，使得所得锂离子浓缩液中形成氢氧化物沉淀；/nc)去除步骤b)所得锂离子浓缩液中的所述氢氧化物沉淀，得到锂离子初纯液；以及/nd)在所述锂离子初纯液中加入水溶性碳酸盐，在55℃～95℃下进行静置或搅拌回流，使得所述锂离子初纯液中的锂离子形成碳酸锂沉淀。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料中选择性提取锂和过渡金属的回收方法，包括：
a)将锂离子电池正极材料废料浸泡在pH为0～3的选择性提取溶液中，得到锂离子浓缩液A和含有过渡金属元素的固体产物B，所述选择性提取溶液包括沉淀剂和还原剂，所述沉淀剂选自草酸、草酸盐、碘酸及碘酸盐中的一种或多种；
b)在步骤a)所得锂离子浓缩液中加入碱液调节pH为8～11，使得所得锂离子浓缩液中形成氢氧化物沉淀；
c)去除步骤b)所得锂离子浓缩液中的所述氢氧化物沉淀，得到锂离子初纯液；以及
d)在所述锂离子初纯液中加入水溶性碳酸盐，在55℃～95℃下进行静置或搅拌回流，使得所述锂离子初纯液中的锂离子形成碳酸锂沉淀。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料中选择性提取锂和过渡金属的回收方法，其特征在于，所述锂离子电池正极材料废料中的金属元素除包括Li，还包括Mn、Ni和Co中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料中选择性提取锂和过渡金属的回收方法，其特征在于，所述选择性提取溶液pH为0～2.5。


4.根据权利要求1所述的锂离子电池正极材料中选择性提取锂和过渡金属的回收方法，其特征在于，步骤a)还包括，将所述锂离子浓缩液为母液，再次加入所述锂离子电池正极材料废料和所述选择性提取溶液得到新的锂离子浓缩液和新的含有过渡金属元素的固体产物。


5.根据权利要求1-4任一项所述的锂离子电池正极材料中选择性提取锂和过渡金属的回收方法，其特征在于，所述沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐灵达，吴子诺，冯加晔，吴嘉名，
申请(专利权)人：怀德创建有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81