一种废旧锂离子电池正极材料回收方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池回收技术领域，公开了一种废旧锂离子电池正极材料回收方法，包括以下步骤：S1、将废旧锂离子电池进行预处理得到正极材料；S2、将正极材料与石墨粉混合后，在惰性气氛中进行加热还原反应，得到固体产物；S3、将固体产物进行筛分，分别得到炉渣粉末和金属合金；S4、将炉渣粉末加酸溶解，过滤得到锂盐溶液；S5、在锂盐溶液中加入碱试剂调节pH7‑11，然后加入碳酸盐进行沉淀，得到碳酸锂沉淀。本发明专利技术实现了镍钴锰等金属与锂的高效分离，其中镍钴锰等金属的回收率大于99％，锂金属回收率大于95％，该回收方法具有工艺简单、回收效率高、适合规模化应用等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种废旧锂离子电池正极材料回收方法
本专利技术涉及锂离子电池回收
，特别是涉及一种废旧锂离子电池正极材料回收方法。
技术介绍
随着锂离子电池的应用越来越广泛，以及电动汽车的普及，废旧锂电池的数量也迅速增加。对废旧锂离子电池进行回收，一是防止大量可进行资源化利用的镍钴锰锂等有价金属资源的流失，缓解资源紧张，促进锂电池行业的可持续发展，二是降低废旧锂离子电池对环境的污染。现有技术中对锂离子电池正极材料进行回收的工艺主要有湿法冶金工艺和火法冶金工艺。其中，湿法冶金工艺主要是利用酸碱性溶液将金属离子从电极材料浸出到溶液中，再通过离子交换、沉淀、萃取等手段将金属离子以盐、氧化物等形式从浸出液中回收，在湿法回收的过程中，需要使用大量的酸液、碱液和有机溶剂，三废产量非常大，容易对环境造成二次污染，同时工艺繁琐、效率低，成本高，经济效益很低；火法冶金工艺是采用高温对电池材料进行处理，使其中的有机物氧化分解，金属元素转变成氧化物，其工艺流程相对简单，但无法实现有价金属的选择性回收。然而，由于锂离子电池的二次污染和高成本，废旧锂离子电池的回收利用技术尚未得到广泛应用，因此，如何提供一种工艺简单、回收率高、适合规模化的废旧锂离子电池的镍钴锰与锂的分离回收方法，是本领域研发技术人员急需解决的问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术主要目的是提供一种废旧锂离子电池正极材料回收方法，该方法采用火法-湿法冶金联用对镍钴锰与锂分别回收，具有回收效率高、工艺简单、适合规模化应用等优点。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种废旧锂离子电池正极材料回收方法，包括以下步骤：S1、将废旧锂离子电池进行预处理得到正极材料；S2、将正极材料与石墨粉混合后，在惰性气氛中进行加热还原反应，得到固体产物；S3、将固体产物进行筛分，分别得到炉渣粉末和金属合金；S4、将炉渣粉末加酸溶解，过滤得到锂盐溶液；S5、在锂盐溶液中加入碱试剂调节pH7-11，然后加入碳酸盐进行沉淀，得到碳酸锂沉淀。优选的，S1中所述预处理包括对废旧锂离子电池的拆解分离得到正极材料。优选的，S1中所述预处理包括对所述正极材料进行热处理，以除去附着在正极材料上的粘结剂以及残留的电解液等。优选的，所述热处理为在惰性气氛中，300-500℃条件下加热2-4h，优选为在400℃条件下加热2h。优选的，所述惰性气氛包括氮气、氩气等中的至少一种。优选的，所述热处理产生的废气可用活性剂吸收处理；所述活性剂包括活性炭、硅胶、沸石、矿物黏土、活性氧化铝等中的至少一种。优选的，所述热处理后对所述正极材料进行粉碎、筛分，以回收集流体铝箔。优选的，S1中所述正极材料的活性物质包括LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiNixMn1-xO2(0<x<1)、LiNixCoyMn1-x-yO2(0<x、y<1)等中至少一种。优选的，S2中所述混合可采用球磨混合。优选的，所述球磨的转速为300-600r/min；所述球磨的时间为60-120min；所述球磨的球料质量比为15:1-20:1；所述球磨用的磨球为直径为1-4cm的氧化锆球或氧化铝球。优选的，S2中所述石墨粉的加入量为所述石墨粉与所述正极材料的活性物质反应当量的1.02-1.08倍。优选的，S2中所述惰性气氛包括氮气、氩气等中的至少一种。优选的，S2中加热还原反应为在1400-1600℃条件下反应3-5h，优选在1500℃条件下反应3h。优选的，S2中所述加热还原反应的升温速为10-15℃/min。优选的，S2中所述加热还原反应后可自然冷却到室温；更优选的，可以采用程序性降温，即以1℃/min的降温速率进行降温。优选的，S2中所述石墨粉为高纯度石墨粉。优选的，S2中加热还原反应还会有CO气体生成，可采用气体回收系统对CO进行回收利用。优选的，S3中所述筛分可采用振动筛进行筛分。优选的，S4中所述酸可包括盐酸、硫酸、硝酸等中的至少一种。优选的，S4中所述酸浓度为0.1-1mol/L。优选的，S4中所述炉渣粉末与酸溶液的固液比为1:5-1:20。优选的，S5中所述碱试剂可包括氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾等中的至少一种。优选的，S5中所述碳酸盐可包括碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸铵、碳酸氢铵等中的至少一种。优选的，S5中所述碳酸盐的加入量为CO32-与所述锂盐溶液中的Li+反应当量的1-1.05倍。优选的，S5中所述沉淀后可在60-100℃条件下陈化0.5-3h。优选的，S5中得到的碳酸锂沉淀可用水进行洗涤。相比于现有技术，本专利技术具有如下优点和技术效果：(1)本专利技术对废旧锂电池正极材料中的有价金属进行回收，并实现了镍钴锰等金属与锂的高效分离，其中镍钴锰等金属的回收率大于99％，锂金属回收率大于95％，该方法具有工艺简单、回收效率高、适合规模化应用等优点。(2)本专利技术提供的回收方法可兼容现行工业设备，如交流电弧炉和直流电弧炉。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例1废旧锂离子电池正极材料回收方法的工艺流程图。具体实施方式下面结合具体实施方式和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。如无特别说明，本专利技术中所有原料和试剂均为市购常规的原料、试剂。S1、废旧锂离子电池的预处理锂离子电池主要由负极片、隔膜、正极片组成，其中正极片以铝箔为集流体，两边均涂覆着正极材料(活性材料+导电剂+粘结剂PVDF)，对废旧锂离子电池正极材料的有价金属进行回收必须对锂离子电池进行预处理得到正极材料。在其中一个实施方式中，所述预处理包括对废旧锂离子电池进行深度放电。由于废旧锂离子电池中通常有残存电量，可能会在拆解、破碎过程中急剧释放而导致燃烧、爆炸等，因此需对废旧锂离子电池进行深度放电以提高回收过程的安全性。在其中一个实施方式中，所述深度放电可采用低温冷冻法，即将废旧锂离子电池置于极低温度下冷冻使其失活后进行拆解，具体的，可将将废旧锂离子电池置于液氮中使其失活后进行拆解。在另外一个实施方式中，采用充放电设备对废旧锂离子电池进行放电，然后放入氯化钠盐溶液中使正负极短路从而完成深度放电。在其中一个实施例中，所述预处理包括对所述正极材料进行热处理；所述热处理为在惰性气氛中，300-500℃条件下加热2-4h，优选为在400℃条件下加热2h；所述惰性气氛包括氮气、氩气等中的至少一种。因为PVDF自身具有热分解性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废旧锂离子电池正极材料回收方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、将废旧锂离子电池进行预处理得到正极材料；/nS2、将正极材料与石墨粉混合后，在惰性气氛中进行加热还原反应，得到固体产物；/nS3、将固体产物进行筛分，分别得到炉渣粉末和金属合金；/nS4、将炉渣粉末加酸溶解，过滤得到锂盐溶液；/nS5、在锂盐溶液中加入碱试剂调节pH7-11，然后加入碳酸盐进行沉淀，得到碳酸锂沉淀。/n

【技术特征摘要】
1.一种废旧锂离子电池正极材料回收方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将废旧锂离子电池进行预处理得到正极材料；
S2、将正极材料与石墨粉混合后，在惰性气氛中进行加热还原反应，得到固体产物；
S3、将固体产物进行筛分，分别得到炉渣粉末和金属合金；
S4、将炉渣粉末加酸溶解，过滤得到锂盐溶液；
S5、在锂盐溶液中加入碱试剂调节pH7-11，然后加入碳酸盐进行沉淀，得到碳酸锂沉淀。


2.根据权利要求1所述的废旧锂电池正极材料回收方法，其特征在于：S1中所述预处理包括对所述正极材料进行热处理；所述热处理为在惰性气氛中，300-500℃条件下加热2-4h。


3.根据权利要求2所述的废旧锂电池正极材料回收方法，其特征在于：所述热处理产生的废气用活性剂吸收处理；所述活性剂包括活性炭、硅胶、沸石、矿物黏土、活性氧化铝中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的废旧锂离子电池正极材料回收方法，其特征在于：S1中所述正极材料的活性物质包括LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiNixMn1-xO2(0<x<1)、LiNix...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡伟平，范鑫铭，陈志勇，王潇晗，骆伟光，
申请(专利权)人：广东微电新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44