从锂离子电池的黑色物质中提取金属的装置制造方法及图纸

本申请涉及一种用于从锂离子电池的黑色物质中提取金属的装置，该黑色物质包含电池的阳极和阴极材料，并且阴极材料包含锂和镍。并且阴极材料包含锂和镍。并且阴极材料包含锂和镍。

【技术实现步骤摘要】
从锂离子电池的黑色物质中提取金属的装置


[0001]本申请涉及一种从锂离子电池材料，特别地从所述电池材料获得的黑色物质中提取金属的方法。这种黑色物质主要包含阴极金属和阳极材料，且阴极金属又通常包含锂和镍，其他可能的阴极金属还包括钴、锰和铝。本申请还涉及一种适于在该方法中使用的装置。

技术介绍

[0002]锂离子电池的使用在过去几年中稳步增长，随着新型电动汽车的不断发展，其重要性似乎进一步增长。锂离子电池在其阴极中含有几种过渡金属，当从这些电池中回收时，这些过渡金属可能很有价值，可再用于新的电池或用于其他用途。特别地，这些材料中的锂应该被回收和再利用。
[0003]从锂离子电池中湿法冶金分离金属通过回收黑色物质进行，黑色物质含有阴极金属和阳极材料，但已经从中去除了电线和其他粗糙的固体电池组件，如塑料或钢部件。
[0004]黑色物质形成后，金属回收的下一步通常是通过例如使用机械、热或化学预处理步骤，将阴极金属与黑色物质的其他组分分离，然后进行酸浸提以溶解阴极金属，并为回收做好准备。
[0005]整个湿法冶金过程的每一步都有金属损失的风险，自然应该减少金属损失。本申请的专利技术人现在已经找到了一种减少锂损失的新方法。

技术实现思路

[0006]根据本申请的第一方面，提供了一种从得自锂离子电池材料的黑色物质中提取金属的方法，该黑色物质包含电池的阳极和阴极材料。特别地，经提取的金属包括锂和镍，以及可能还有其他过渡金属，例如钴、锰和铝。
[0007]根据本申请的第二方面，提供了一种旨在提高锂回收率的方法。
[0008]根据本申请的第三方面，提供了一种方法，该方法包括一个或多个步骤，以将含锂部分再循环至浸提步骤，以提供提高的锂回收率。
[0009]根据本申请的另一方面，提供了一种适用于进行本申请的方法的装置。
[0010]因此，本申请的方法包括
[0011]‑
一个或多个浸提步骤，
[0012]‑
金属分离步骤，以回收期望的金属，其通常是包含至少锂和镍离子的部分，以及
[0013]‑
一个或多个将含锂部分再循环到浸提步骤的步骤。
[0014]同样，本申请的装置包括
[0015]‑
一个或多个浸提单元，从中回收含有经溶解的金属离子的浸提溶液，
[0016]‑
金属分离单元，用于回收包含至少锂和镍离子的部分，和
[0017]‑
一条或多条再循环管线，用于将一种或多种其他含锂部分引导至浸提单元。
[0018]因此，本申请涉及回收含有少量锂的部分，以将其与主要的锂部分合并，从而提高
金属分离步骤中锂产物的产率或回收率。
[0019]因此，本申请提供了几项优点。自然地，实现了增加的锂产率。然而，本申请的再循环选项也减少了废物流出物中的锂含量，从而简化了废物处理要求。锂可在废物处理中引起问题，并且本方法能够显著降低废物流出物中的锂含量。
附图说明
[0020]图1是示出根据本申请的装置的单元的图。
[0021]图2A和2B以及图3和4是示出根据本申请的实施方案的装置的单元的图。
具体实施方式
[0022]定义
[0023]在本文中，术语“黑色物质”旨在描述机械分离电池组件之后获得的阴极和阳极材料的混合物，黑色物质通常还包含有机化合物，例如源自电池电解质的化合物，这取决于黑色物质的预处理方法。
[0024]“有机化合物”在本文旨在涵盖分子，其中一个或多个碳原子与一个或多个氢、氧或氮原子共价连接。因此，例如，石墨或纯碳的其他同素异形体被排除在这种有机化合物化合物之外。尽管满足定义，但通常认为被排除在此类化合物之外的其他化合物包括碳酸盐和氰化物(如果该化合物的唯一碳基于该基团)以及二氧化碳。
[0025]“阳极”通常由例如石墨或硅形成，石墨或硅在本申请的浸提中不溶解，但在浸提前存在于黑色物质中。
[0026]“阴极材料”或“阴极金属”又包括金属离子，例如锂、镍、钴和锰(Li、 Ni、Co和Mn)，通常呈它们的氧化物形式。黑色物质中这些金属的含量优选都在1
‑
35wt％的范围内。可能存在于黑色物质中的阴极组分的其他实例，但通常以较少的量存在，包括锡、锆、锌、铜、铁、氟化物、磷和铝 (即，Sn、Zr、Zn、Cu、Fe、F、P和Al)。
[0027]本申请涉及一种从锂离子电池材料的黑色物质中提取金属的方法。该方法包括以下步骤：
[0028]a)一个或多个预处理步骤，其中从黑色物质中分离含有非金属材料的部分，和回收含有阳极和阴极材料的经预处理的黑色物质，并且优选通过浸提进行进一步处理，
[0029]b)一个或多个浸提步骤，其针对含金属的浸提进料进行；所述含金属的浸提进料由所述经预处理的黑色物质与再循环的锂沉淀物形成，该浸提步骤包括在含有硫酸的溶液中进行的酸浸提步骤，由此浸提进料中的金属被溶解；回收包含经溶解的金属的浸提溶液；以及优选通过从中分离金属部分来进行进一步处理，以及
[0030]c)金属分离步骤，其中从浸提溶液中分离金属材料的初始部分，以及回收含有至少镍和锂的主要部分，由此在回收镍部分之后，回收含锂部分，并且锂部分的回收包括
[0031]i.使锂反应成碳酸锂的步骤，然后是
[0032]ii.固体与液体的分离，由此
[0033]‑
含锂固体被如此回收，或反应成进一步的锂产品，而
[0034]‑
液体流出物与磷酸盐试剂反应，导致残留在其中的锂沉淀成磷酸锂沉淀，以及
[0035]‑
将至少一部分获得的锂沉淀物再循环至酸浸提步骤。
[0036]锂离子电池的黑色物质通常包含阴极和阳极材料，以及含有机化合物的电解质材料。为了本申请的目的，优选通过上述预处理步骤从黑色物质中去除有机化合物。例如，可以使用一个或多个洗涤步骤，优选通过将电池材料与水或有机溶剂，最合适的是与水混合来进行，由此溶解或分散在所述溶剂中的材料，例如有机化合物，可以与黑色物质的未溶解组分分离。或者，可使用优选在195
‑
470℃的温度下通常作为热解或蒸发步骤进行的一个或多个加热步骤，以去除有机化合物。另一种选择是进行洗涤步骤和上述加热程序中的任意一个。
[0037]因此，预处理步骤产生经预处理的黑色物质，该黑色物质优选含有电池阴极的呈氧化物形式的锂、镍和钴，可能还有锰，更优选只含有<3wt％，最合适的是<1.5wt％的残余有机化合物。
[0038]在本申请的一个优选实施方案中，至少一部分通常在任选的洗涤步骤中损失的锂通过以下步骤回收：
[0039]‑
使含有经分离的非金属材料部分的洗涤溶液与磷酸盐试剂反应的步骤，以使其中的锂沉淀成磷酸锂，以及
[0040]‑
将磷酸锂沉淀从剩余的洗涤溶液中分离并将其与经预处理的黑色物质合并的步骤，经预处理的黑色物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于从锂离子电池的黑色物质中提取金属的装置，所述黑色物质包含电池的阳极和阴极材料，其中所述阴极材料包括锂和镍，其中所述装置包括：
‑
一个或多个预处理单元(1)，用于从所述黑色物质中分离含有非金属组分的部分，并回收包含所述阳极和阴极材料的经预处理的黑色物质，
‑
一个或多个浸提单元(2)，用于溶解所述经预处理的黑色物质的金属，将其与再循环的锂沉淀物合并，并回收含有经溶解的金属的浸提溶液，至少一个浸提单元(2)是酸浸提单元(21)的形式，其带有用于硫酸和可能的提取剂的入口(211)，和
‑
金属分离单元(3)，用于从所述浸提溶液中分离金属材料的初始部分，并且用于回收含有至少镍和锂的主要部分，其中用于回收锂的单元(36)位于用于回收镍的单元(35)的下游，且所述用于回收锂的单元(36)包括以下子单元：
‑
用于将锂反应成碳酸锂的单元(361)，从中可分离出液体流出物并进一步送至：
‑
用于将液体流出物与磷酸盐试剂反应的单元(362)，从而使其中剩余的锂沉淀为磷酸锂沉淀，所述沉淀可从剩余流出物中分离，并通过：
‑
再循环管线(363)，进一步输送至浸提单元(2)，以回收由此获得的锂沉淀物的至少一部分。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述预处理单元(1)包括洗涤单元(11)或加热单元(12)，或其两者，其用于从所述黑色物质中去除非金属组分，如有机化合物；所述加热单元(12)选自热解单元(121)或蒸发单元(122)。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述预处理单元(1)包括洗涤单元(11)，用于将非金属材料部分从所述黑色物质分离至洗涤溶液中，所述洗涤单元配备有分离子单元，以从剩余溶液中分离形成的锂沉淀物；反应单元(111)，用于使...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：美卓奥图泰芬兰有限公司，
类型：新型
国别省市：