一种废旧锂电池回收再利用的方法技术

本发明专利技术涉及废旧锂电池回收技术领域，尤其涉及一种废旧锂电池回收再利用的方法，包括：A)将废旧锂电池材料和酸液进行反应，过滤后，得到浸出液和固体渣；B)将浸出液进行化学除杂和树脂吸附，得到除杂液；C)将除杂液进行双极膜电渗析，得到氢氧化锂溶液、酸溶液和盐溶液；将所述盐溶液按照元素比例进行调配，调配后的盐溶液、碱液和第一助剂进行反应，得到电池材料前驱体；将所述氢氧化锂溶液进行蒸发结晶，得到氢氧化锂固体；D)将氢氧化锂固体和电池材料前驱体混合，经烧结，得到锂电池正极材料。本发明专利技术的技术方案可以将锂和其它金属分离回收，获得高的锂回收率，实现了全部有价金属离子高值化综合回收再利用，整体酸耗量降低。

【技术实现步骤摘要】
一种废旧锂电池回收再利用的方法
本专利技术涉及废旧锂电池回收
，尤其涉及一种废旧锂电池回收再利用的方法。
技术介绍
废旧锂电池回收成为了亟待解决的重要问题。废旧锂电池如果处置不当，会存在触电、燃爆、腐蚀等安全隐患，在特殊温度、湿度以及接触不良的情况下，甚至会引发自燃或爆炸，例如近期电动汽车动力电池起火等安全事故频发；废旧锂电池富含有大量锂、镍、钴等有价金属，是名副其实的“城市矿山”，是解决我国镍、钴、锂等有价金属需求量大、开采困难、很大程度上依赖进口难题的重要解决方案；另外，废旧锂电池中含有的重金属、电解液等如果不能有效回收，将会对土壤、河流等自然环境造成损害。因此，开展废旧锂电池绿色回收具有重要的经济价值、社会价值，对减少环境污染、推动行业可持续发展起着至关重要作用。目前，国内废旧锂电池回收工艺主要以湿法回收为主。通常将废旧锂电池材料加入硫酸溶液浸出，得到含锂、镍、钴等的有价金属溶液，然后经过多级萃取工艺得到不同金属的盐溶液，镍、钴等金属盐溶液经过蒸发结晶得到对应金属盐产品，最后锂溶液再加入碳酸钠发生沉锂反应后得到碳酸锂产品，然后碳酸锂和金属盐产品再分别出售到前驱体厂家和正极材料厂家进行生产。上述回收工艺的缺陷包括：目前的废旧锂电池回收工艺是将锂和镍钴等金属分开回收，得到不同产品，然后分别出售给前驱体厂家和正极材料厂家，资源循环流程长；锂的回收通常是在整个工艺流程的末端进行，锂回收率较低，且生产的产品通常是碳酸锂；目前废旧锂电池回收工艺首先是酸浸处理，且后续工艺又需要中和处理酸，整体对硫酸的消耗量较大；根据市场对高比容量材料的需求变化，目前高镍正极材料市场份额逐渐增大，而高镍正极材料的生产需要用氢氧化锂，目前废旧锂电池回收的大部分锂盐产品都只是碳酸锂，不能够直接提供氢氧化锂产品。CN111867980A公开了一种将含镍、钴、锂等金属硫酸盐与螯合剂反应得到金属氢氧化物固体和包括硫酸锂的液体，然后硫酸锂的液体采用两室单极或双极膜电解工艺得到氢氧化锂，电渗析原料为单一硫酸锂溶液，生产镍钴锰氢氧化物需要消耗各类化学化工试剂且用量大，生产成本高，工艺流程长。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种废旧锂电池回收再利用的方法，实现了废旧锂电池材料的有效综合利用。本专利技术还提供了一种废旧锂电池回收再利用的方法，包括以下步骤：A)将废旧锂电池材料和酸液进行反应，过滤后，得到浸出液；B)将所述浸出液进行化学除杂和树脂吸附，得到除杂液；C)将所述除杂液进行双极膜电渗析，得到氢氧化锂溶液、酸溶液和盐溶液；将所述盐溶液按照元素比例进行调配，调配后的盐溶液、碱液和第一助剂进行反应，得到电池材料前驱体；将所述氢氧化锂溶液进行蒸发结晶，得到氢氧化锂固体；D)将所述氢氧化锂固体和电池材料前驱体混合，经烧结，得到锂电池正极材料。优选的，步骤A)中，所述废旧锂电池材料为废旧磷酸铁锂电池材料；所述酸液包括硫酸和磷酸，所述酸液的浓度为0.1～4mol/L。优选的，步骤A)中，所述废旧锂电池材料为废旧镍钴锰三元电池材料，所述反应的原料还包括第二助剂；所述第二助剂包括双氧水和硫代硫酸钠中的一种或几种；所述酸液为硫酸，所述酸液的浓度为0.1～4mol/L。优选的，步骤A)中，所述反应的温度为15～50℃，时间为30～180min。优选的，所述废旧锂电池材料为废旧磷酸铁锂材料时，步骤B)中：所述化学除杂包括：将所述浸出液、铁粉和pH调节剂混合后，进行反应；所述混合后的混合液的pH为2.8～5.0；浸出液和铁粉混合中，铁粉的过量系数为10％～100％；所述pH调节剂包括碳酸铵和/或尿素；所述反应的温度为25～60℃，时间为30～180min；所述树脂吸附采用的树脂为氨基磷酸型螯合树脂，树脂吸附的速度为2～6BV，温度为15～50℃。优选的，所述废旧锂电池材料为废旧镍钴锰三元电池材料时，步骤B)中：所述化学除杂包括：将所述浸出液、铁粉和pH调节剂混合后，进行反应；所述混合后的混合液的pH为3.5～5.5；浸出液和铁粉混合中，铁粉的过量系数为10％～100％；所述pH调节剂包括碳酸锂、碳酸铵和氢氧化锂中的一种或几种；所述反应的温度为25～60℃，时间为30～180min；所述树脂吸附采用的树脂为氨基磷酸型螯合树脂，树脂吸附速度为2～6BV，温度为15～50℃。优选的，步骤C)中，所述双极膜电渗析的装置包括双极膜、阴离子交换膜和单价阳离子交换膜，构成盐室、酸室和碱室；所述阴离子交换膜和单价阳离子交换膜组对；所述除杂液在三室双极膜电渗析装置中进行双极膜电渗析，最终从碱室输出氢氧化锂溶液，从盐室输出盐溶液，从酸室输出酸溶液；进入所述酸室的导电液为硫酸溶液；所述硫酸溶液的质量浓度为0.01％～5％；进入所述碱室的导电液为氢氧化锂溶液；所述氢氧化锂溶液的质量浓度为0.01％～5％；所述双极膜电渗析的电流小于4.5A；所述酸室输出的酸溶液回用于步骤A)。优选的，所述废旧锂电池材料为废旧磷酸铁锂电池材料，步骤C)中，调配后的盐溶液中，P与Fe的摩尔比为0.95～3.0：1。优选的，步骤C)中，所述碱液包括氨水、碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液中的一种或几种，所述第一助剂为双氧水溶液，调配后的盐溶液、碱液和第一助剂反应的温度为35～90℃，反应的pH值为1.7～2.9，得到磷酸铁前驱体。优选的，所述废旧锂电池材料为废旧镍钴锰三元电池材料，步骤C)中，调配后的盐溶液中，Ni、Co和Mn的摩尔比为5：2：3、6：2：2或8：1：1。优选的，步骤C)中，所述碱液包括氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液中的一种或几种，所述第一助剂为氨水溶液，调配后的盐溶液、碱液和第一助剂反应的温度为45～80℃，反应的pH值为10～13，得到三元镍钴锰前驱体。优选的，步骤D)中，将所述氢氧化锂固体和电池材料前驱体混合后，还包括球磨；所述球磨的时间为2～6h；所述烧结的温度为600～900℃，时间为4～12h。本专利技术提供了一种废旧锂电池回收再利用的方法，包括以下步骤：A)将废旧锂电池材料和酸液进行反应，过滤后，得到浸出液；B)将所述浸出液进行化学除杂和树脂吸附，得到除杂液；C)将所述除杂液进行双极膜电渗析，得到氢氧化锂溶液、酸溶液和盐溶液；将所述盐溶液按照元素比例进行调配，调配后的盐溶液、碱液和第一助剂进行反应，得到电池材料前驱体；将所述氢氧化锂溶液进行蒸发结晶，得到氢氧化锂固体；D)将所述氢氧化锂固体和电池材料前驱体混合，经烧结，得到锂电池正极材料。本专利技术提供的技术方案可以将锂与其它有价金属离子分开，直接得到纯净的氢氧化锂溶液和其它不含锂的有价金属离子溶液，锂的回收率高，且可一步生产得到氢氧化锂；实现了全部有价金属离子高值化综合回收再利用，电渗析的副产物酸液，可以直接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种废旧锂电池回收再利用的方法，包括以下步骤：/nA)将废旧锂电池材料和酸液进行反应，过滤后，得到浸出液；/nB)将所述浸出液进行化学除杂和树脂吸附，得到除杂液；/nC)将所述除杂液进行双极膜电渗析，得到氢氧化锂溶液、酸溶液和盐溶液；/n将所述盐溶液按照元素比例进行调配，调配后的盐溶液、碱液和第一助剂进行反应，得到电池材料前驱体；/n将所述氢氧化锂溶液进行蒸发结晶，得到氢氧化锂固体；/nD)将所述氢氧化锂固体和电池材料前驱体混合，经烧结，得到锂电池正极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种废旧锂电池回收再利用的方法，包括以下步骤：
A)将废旧锂电池材料和酸液进行反应，过滤后，得到浸出液；
B)将所述浸出液进行化学除杂和树脂吸附，得到除杂液；
C)将所述除杂液进行双极膜电渗析，得到氢氧化锂溶液、酸溶液和盐溶液；
将所述盐溶液按照元素比例进行调配，调配后的盐溶液、碱液和第一助剂进行反应，得到电池材料前驱体；
将所述氢氧化锂溶液进行蒸发结晶，得到氢氧化锂固体；
D)将所述氢氧化锂固体和电池材料前驱体混合，经烧结，得到锂电池正极材料。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A)中，所述废旧锂电池材料为废旧磷酸铁锂电池材料；
所述酸液包括硫酸和磷酸，所述酸液的浓度为0.1～4mol/L。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A)中，所述废旧锂电池材料为废旧镍钴锰三元电池材料，所述反应的原料还包括第二助剂；
所述第二助剂包括双氧水和硫代硫酸钠中的一种或几种；
所述酸液为硫酸，所述酸液的浓度为0.1～4mol/L。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A)中，所述反应的温度为15～50℃，时间为30～180min。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废旧锂电池材料为废旧磷酸铁锂材料时，步骤B)中：
所述化学除杂包括：
将所述浸出液、铁粉和pH调节剂混合后，进行反应；
所述混合后的混合液的pH为2.8～5.0；浸出液和铁粉混合中，铁粉的过量系数为10％～100％；所述pH调节剂包括碳酸铵和/或尿素；所述反应的温度为25～60℃，时间为30～180min；
所述树脂吸附采用的树脂为氨基磷酸型螯合树脂，树脂吸附的速度为2～6BV，温度为15～50℃。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废旧锂电池材料为废旧镍钴锰三元电池材料时，步骤B)中：
所述化学除杂包括：
将所述浸出液、铁粉和pH调节剂混合后，进行反应；
所述混合后的混合液的pH为3.5～5.5；浸出液和铁粉混合中，铁粉的过量系数为10％～100％；所述pH调节剂包括碳酸锂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：高洁，王蒙蒙，夏永高，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33