流化床反应器及使用其从锂二次电池中回收活性金属的方法技术

根据本发明专利技术的实施方案的回收锂二次电池的活性金属的方法包括制备由锂二次电池的废正极获得的废正极活性物质混合物，通过在流化床反应器中使废正极活性物质混合物与反应气体反应形成初级前体混合物，以及从初级前体混合物中选择性地回收锂前体。流化床反应器包括反应器主体和卧式膨胀床，并且卧式膨胀床的直径相对于反应器主体的直径的比率为3以上，以提高锂二次电池的回收效率。提高锂二次电池的回收效率。提高锂二次电池的回收效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】流化床反应器及使用其从锂二次电池中回收活性金属的方法


[0001]本专利技术涉及一种回收锂二次电池的活性金属的方法。更具体地，本专利技术涉及一种利用流化床反应器回收锂二次电池的活性金属的方法。

技术介绍

[0002]近来，二次电池已被广泛用作移动电子设备例如便携式摄像机、移动电话、笔记本电脑等以及车辆例如电动汽车、混合动力汽车等的电源。锂二次电池因其工作电压高和每单位重量的能量密度高、充电率高、体积紧凑等优点而在二次电池中备受瞩目。
[0003]锂金属氧化物可以用作锂二次电池的正极的活性物质。锂金属氧化物可以进一步含有过渡金属，例如镍、钴、锰等。
[0004]由于上述高成本有价金属被用于正极活性物质，因此制造正极物质需要20％以上的生产制造成本。此外，由于最近环境保护问题备受关注，因此，正在研究正极活性物质的回收方法。
[0005]常规地，已经使用了通过在强酸例如硫酸中浸出废正极活性物质来顺序回收有价金属的方法，但是湿法在再生选择性和再生时间方面可能是不利的，并可能造成环境污染。因此，正在研究通过与反应气体接触使用干法反应来回收有价金属的方法。
[0006]然而，随着供应用于干法反应的活性物质颗粒的尺寸变小，可能由于聚集而发生不均匀反应。此外，由于反应器中反应气体的局部不均匀供应，可能会降低活性物质的回收率。
[0007]例如，韩国登记专利公布第10
‑
0709268号公开了一种用于回收废锰电池和碱性电池的设备和方法，但没有提供一种以高选择性和高产率再生有价金属的干式方法。

技术实现思路

[技术目标][0008]根据本专利技术的一个方面，提供了一种以提高的回收效率回收锂二次电池的活性金属的方法。[技术手段][0009]在回收锂二次电池的活性金属的方法中，制备了由锂二次电池的废正极获得的废正极活性物质混合物。通过在流化床反应器中使废正极活性物质混合物与反应气体反应形成了初级前体混合物。从初级前体混合物中选择性地回收锂前体。流化床反应器包括反应器主体和卧式膨胀床，并且卧式膨胀床的直径相对于反应器主体的直径的比率为3以上。
[0010]在一些实施方案中，形成初级前体混合物可以包括将通过反应气体而从反应器主体上升至卧式膨胀床的废正极活性物质混合物或初级前体混合物降低，以收集在反应器主体中。
[0011]在一些实施方案中，卧式膨胀床的直径相对于反应器主体的直径的比率可以为3至10。
[0012]在一些实施方案中，流化床反应器可以进一步包括连接反应器主体与卧式膨胀床的竖直膨胀管。
[0013]在一些实施方案中，竖直膨胀管的倾角可以为45
°
到80
°
。
[0014]在一些实施方案中，反应气体可以包括氢气。
[0015]在一些实施方案中，在回收锂前体时，可以用水洗涤初级前体混合物。
[0016]根据本专利技术的实施方案的流化床反应器包括反应器主体；与反应器主体连接的卧式膨胀床，卧式膨胀床的直径是反应器主体的直径的至少三倍；连接反应器主体与卧式膨胀床的竖直膨胀管；和用于将反应气体注入到反应器主体中的气体注入路径。[本专利技术的效果][0017]在根据示例性实施方案的回收锂二次电池的活性金属的方法中，可以使用其中卧式膨胀床的直径相对于反应器主体的直径的比率为3以上的流化床反应器以防止在初级前体混合物形成期间初级前体混合物泄漏到外部或积聚在壁表面上。可以提高注入流化床反应器的反应气体的注入速率，从而可以更容易地形成流化床，并且因此可以提高锂前体的回收效率。
[0018]在根据示例性实施方案的回收锂二次电池的活性金属的方法中，可以使用包括满足特定倾角的竖直膨胀管的流化床反应器以减少泄漏到外部的初级前体混合物的量。此外，可以沿着竖直膨胀管的倾斜表面将初级前体混合物引回到反应器主体中，以提高锂前体的回收效率。
附图说明
[0019]图1是用于描述根据示例性实施方案的流化床反应器和利用该流化床反应器回收锂二次电池的活性金属的方法的示意图。
具体实施方式
[0020]本专利技术的实施方案提供了一种使用其中卧式膨胀床的直径相对于反应器主体的直径的比率为3以上的流化床反应器以高纯度和高产率回收活性金属的方法。
[0021]在下文中，将参照附图详细描述本专利技术的实施方案。然而，这些实施方案是作为示例提供的，并且本专利技术不限于本文描述的特定实施方案。
[0022]如本文所用，术语“前体”用于泛指包含特定金属以提供电极活性物质中包含的特定金属的化合物。
[0023]参照图1，可以由锂二次电池的废正极制备废正极活性物质混合物(例如，在S10的过程中)。
[0024]锂二次电池可以包括电极组件，该电极组件包括正极、负极和介于正极和负极之间的隔膜层。正极和负极可以包括分别涂覆在正极集流体上的正极活性物质层和涂覆在负极集流体上的负极活性物质层。
[0025]例如，包含在正极活性物质层中的正极活性物质可以包括含有锂和过渡金属的氧化物。
[0026]在一些实施方案中，正极活性物质可以包括由以下化学式1表示的化合物。
[0027][化学式1][0028]Li
x
M1
a
M2
b
M3
c
O
y
[0029]在化学式1中，M1、M2和M3可以各自是选自Ni、Co、Mn、Na、Mg、Ca、Ti、V、Cr、Cu、Zn、Ge、Sr、Ag、Ba、Zr、Nb、Mo、Al、Ga或B的过渡金属。在化学式1中，0<x≤1.1，2≤y≤2.02，0<a<1，0<b<1，0<c<1，并且0<a+b+c≤1。
[0030]在一些实施方案中，正极活性物质可以是包括镍、钴和锰的NCM
‑
基锂氧化物。
[0031]可以通过将正极与废锂二次电池分离来回收废正极。废正极可以包括如上所述的正极集流体(例如铝(Al))和正极活性物质层，并且正极活性物质层可以包括导电材料和粘合剂以及如上所述的正极活性物质。
[0032]导电材料可以包括例如碳基材料，例如石墨、炭黑、石墨烯和碳纳米管。粘合剂可以包括树脂材料，例如聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物(PVDF
‑
co
‑
HFP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯等。
[0033]在示例性实施方案中，可以将回收的废正极粉碎以产生废正极活性物质混合物。相应地，可以将废正极活性物质混合物制备成粉末形式。如上所述，废正极活性物质混合物可以包括锂
‑
过渡金属氧化物的粉末，例如NCM
‑
基锂氧化物(例如Li(NCM)O2)的粉末。
[0034]在本申请中使用的术语“废正极活性物质混合物”可以指在将正极集流体从废正极中基本去本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种回收锂二次电池的活性金属的方法，其包括：制备由锂二次电池的废正极获得的废正极活性物质混合物；通过在流化床反应器中使所述废正极活性物质混合物与反应气体反应形成初级前体混合物；以及从所述初级前体混合物中选择性地回收锂前体，其中所述流化床反应器包括反应器主体和卧式膨胀床，并且所述卧式膨胀床的直径相对于所述反应器主体的直径的比率为3以上。2.根据权利要求1所述的回收锂二次电池的活性金属的方法，其中所述形成初级前体混合物包括将通过反应气体而从所述反应器主体上升至所述卧式膨胀床的所述废正极活性物质混合物或所述初级前体混合物降低，以收集在所述反应器主体中。3.根据权利要求1所述的回收锂二次电池的活性金属的方法，其中所述卧式膨胀床的直径相对于所述反应器主体的直径的比率为3至10。4.根据权利要求1所述的回收锂二次电池的活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙成烈，成珉志，河铉培，金智玟，
申请(专利权)人：SK新技术株式会社，
类型：发明
国别省市：