用三元酸从锂离子电池正极中浸出锂、钴、镍、锰的方法技术

本发明专利技术提供了一种用三元酸从锂离子电池正极中浸出锂、钴、镍、锰的方法，包括以下步骤：使用浸取剂对锂离子电池正极材料进行浸出，其中浸出过程中进行加热和搅拌，所述浸取剂包含盐酸、还原剂和硝酸；其中所述盐酸的浓度为0.2～4mol/L；所述还原剂的浓度为0.2～2mol/L；所述硝酸的浓度为0.1～2mol/L；所述还原剂为酸类物质；所述方法不包括对锂离子电池正极材料进行复杂预处理的过程。本发明专利技术的方法与传统的酸加无机还原剂浸出方法相比操作更为简单，速率更快，效果更好。本发明专利技术的浸取液对Co元素的浸取容量和浸出速度大于等量的王水，可见浸取效果显著；本发明专利技术避免了使用无机还原剂，降低了浸出后溶剂对环境的破坏和对人体的影响。了浸出后溶剂对环境的破坏和对人体的影响。了浸出后溶剂对环境的破坏和对人体的影响。

【技术实现步骤摘要】
用三元酸从锂离子电池正极中浸出锂、钴、镍、锰的方法


[0001]本专利技术涉及退役电池材料回收
，具体涉及用三元酸从锂离子电池正极中浸出锂、钴、镍、锰的方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有工作电压高、体积小、能量密度高、无记忆效应、寿命长、工作温度范围宽等优点，因而被广泛应用在手机、移动电源、笔记本等便携式电子设备产品中。同时随着新能源汽车产业的不断发展，市场对于锂离子电池的需求也在不断扩大。随着锂离子电池需求的不断增加，退役锂电池的数量必然越来越多。预计到2023年，锂离子电池的年报废量将达到101GWh，约116万吨/年。退役锂电池中含有大量的重金属元素和具有腐蚀性或强腐蚀性有机溶剂，如果随意丢弃，将会对自然环境造成极大的污染和破坏。因此，回收利用退役锂离子电池不仅对环境保护和可持续发展具有积极作用，同时回收退役锂离子电池正极中的有价元素能充分利用城市矿山资源，缓解自然资源短缺的压力。
[0003]锂离子电池的负极活性物质为石墨，正极活性物质主要是LiCoO2、LiNi
x
CO
y
Mn
z
O2(其中，x+y+z＝1)和LiMn2O4等锂过渡金属氧化物。锂离子电池的正极的构成为：正极活性物质(锂过渡金属氧化物)、少量导电剂(一般为乙炔黑)和有机粘结剂，将它们均匀混合后，涂布在铝箔集流体上形成正极。
[0004]传统的回收退役锂离子电池正极材料的方法是浸出方法，浸出方法主要是通过预处理和酸浸出两个步骤进行浸出。首先，退役锂离子电池经过拆解、粉碎、筛分、分选、磁选、一次研磨、正极材料分选、二次研磨等一系列操作后才能使用无机酸(例如盐酸、硝酸、硫酸等强酸)作为浸取剂，同时加入部分还原剂(例如过氧化氢等)从正极活性物质中浸出锂、钴、镍、锰元素。传统方法的浸出过程是通过无机还原剂将高价态的过渡金属元素还原成低价态，无机酸提供氢离子与锂过渡金属氧化物发生反应。其浸取过程主要依靠氢离子对材料的溶解，浸出动力学取决于氢离子的浓度。传统的酸浸浸出方法反应速率不快，一般需要2
‑
5h才能达到95％以上的浸出率。因此，现在需要一种反应速率更快，浸出率更高，更加简单、经济、高效，更能适应规模化、工业化的退役锂离子电池正极材料的回收方法。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供从退役锂离子电池正极中简单、快速浸出锂、钴、镍、锰的方法，所述方法相比传统无机酸加无机还原剂浸取方法的浸出速率及易操作性有极大的提升。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]作为具体的实施方案，本申请提供了一种用三元酸从锂离子电池正极中浸出锂、钴、镍、锰的方法，包括以下步骤：
[0008]使用浸取剂直接对锂离子电池正极材料(从锂离子电池中拆解得到的正极材料)进行浸出，避免了复杂的浸出前预处理过程，其中所述浸取剂包含盐酸、还原剂、硝酸；锂离
子电池正极材料与浸取剂形成固液体系；
[0009]其中浸出过程中进行加热和搅拌。
[0010]优选地，所述还原剂为酸类物质。
[0011]可替代地，作为示例，所述浸取剂由盐酸、还原剂、硝酸组成。
[0012]在各个实施方案中，本申请的方法从锂离子电池中拆解得到的正极材料，并不像传统的回收方法一样还需要将正极材料进一步进行拆解、粉碎、筛分、分选、磁选、研磨、一次研磨、正极材料分选、二次研磨等一系列操作。这里使用的术语“拆解”针对的是退役锂离子电池，是将退役锂离子电池拆解成正极、负极、隔膜，而非针对退役锂离子电池的正极材料，不对退役锂离子电池的正极材料进行进一步的拆解。
[0013]本文中使用的术语“退役锂离子电池”可以与“废旧锂离子电池”互换使用。
[0014]例如，本公开中的锂离子电池的负极活性物质为石墨，正极活性物质主要是LiCoO2、LiNi
x
CO
y
Mn
z
O2(其中，x+y+z＝1)和LiMn2O4等锂过渡金属氧化物。作为示例，本公开中的锂离子电池的正极的构成为：正极活性物质(锂过渡金属氧化物)、少量导电剂(一般为乙炔黑)和有机粘结剂，将它们均匀混合后，涂布在铝箔集流体上形成正极。
[0015]并非特殊的限制，本专利技术的回收方法包括简单的预处理，具体地，将退役锂离子电池充分、放电，拆解去除外壳(例如可以在手套箱内进行手动或机械化操作)，分离隔膜和负极，取出正极片(即正极材料)；干燥正极片，使得电解液等有机溶剂挥发，这个简单的预处理过程当中避免了复杂的浸出前预处理过程。
[0016]进一步地，浸提锂、镍、钴、锰：待正极(活性物质和导电剂)干燥之后，加入浸取溶液进行浸取反应。
[0017]进一步地，所述盐酸的浓度(盐酸在已经配制好的浸取剂中的浓度)为0.2～4mol/L，例如0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、1.0mol/L、1.1mol/L、1.2mol/L、1.3mol/L、1.4mol/L、1.5mol/L、1.6mol/L、1.7mol/L、1.8mol/L、1.9mol/L、2.0mol/L、2.1mol/L、2.2mol/L、2.3mol/L、2.4mol/L、2.5mol/L、2.6mol/L、2.7mol/L、2.8mol/L、2.9mol/L、3.0mol/L、3.1mol/L、3.2mol/L、3.3mol/L、3.4mol/L、3.5mol/L、3.6mol/L、3.7mol/L、3.8mol/L、3.9mol/L、4.0mol/L，优选0.5～2mol/L。盐酸可以提供氢离子，用于和锂过渡金属氧化物的反应。氢离子的浓度主要影响反应速率，即浸出速率，但若浓度过大导致酸过量造成后续的不良影响。同时盐酸能提供氯离子与过渡金属进行配位，加快浸出速率。
[0018]进一步地，所述还原剂的浓度(还原剂在已经配制好的浸取剂中的浓度)为0.2～2mol/L，例如0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、1.0mol/L、1.1mol/L、1.2mol/L、1.3mol/L、1.4mol/L、1.5mol/L、1.6mol/L、1.7mol/L、1.8mol/L、1.9mol/L、2.0mol/L，优选0.5～1mol/L。
[0019]进一步地，所述硝酸的浓度(醋酸在已经配制好的浸取剂中的浓度)为0.1～2mol/L，例如0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、1.0mol/L、1.1mol/L、1.2mol/L、1.3mol/L、1.4mol/L、1.5mol/L、1.6mol/L、1.7mol/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用三元酸从锂离子电池正极中浸出锂、钴、镍、锰的方法，其特征在于，包括以下步骤：使用浸取剂对锂离子电池正极材料进行浸出，其中浸出过程中进行加热和搅拌，所述浸取剂包含盐酸、还原剂和硝酸；其中所述盐酸的浓度为0.2～4mol/L；所述还原剂的浓度为0.2～2mol/L；所述硝酸的浓度为0.1～2mol/L；所述还原剂为酸类物质；所述方法不包括对锂离子电池正极材料进行粉碎、超声波振荡、焙烧、筛分、磁选、研磨、正极材料分选的过程。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原剂为有机酸类物质。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述还原剂不是无机还原剂。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述无机还原剂包括过氧化氢、亚硫酸钠、硫代硫酸钠中...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾帅，邢雷，于建国，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：