一种利用生物质热解气还原回收废弃钴酸锂电池正极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用生物质热解气还原回收废弃钴酸锂电池正极材料的方法，步骤如下：将回收得到的废弃锂电池浸入盐溶液中放电，通过拆解和分离，获得正极材料片；将正极材料片真空热解并刮出得到钴酸锂粉末；将钴酸锂粉末悬于木质纤维素生物质上方并确保两者为分离状态，无氧气氛下于400～500℃下加热，经生物质热解气还原钴酸锂获得反应产物；将反应产物使用水浸法浸出后过滤，得到滤液和滤渣；将滤液蒸发得到碳酸锂粉末，将滤渣烘干，得到Co氧化物。该方法具有低污染，低能量消耗，低温室气体排放，高经济效益，安全等优点。安全等优点。安全等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种利用生物质热解气还原回收废弃钴酸锂电池正极材料的方法


[0001]本专利技术涉及生物质高值化利用及废弃锂电池回收
，具体涉及一种生物质热解气还原回收废弃钴酸锂基正极材料的方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)具有优异的能源效率和持久的循环寿命，其中，钴酸锂基电池由于高能效和高能量密度被广泛应用于电力运输和存储方面。LIBs的大量消费需求带来了LIBs产量的增长,在2020年，仅在中国就达到了50万吨。但是产量的增加带来了大量有毒和对环境不友好的废弃物，如重金属和电解质，这可能对环境和人类健康产生重大影响。此外，由于锂和钴资源的稀缺和分配压力，LIBs工业的增长需要从废弃的锂离子电池中回收宝贵的金属资源。锂、钴等金属元素的稀缺，以及它们的高利用率，促使人们关注废弃LIBs的正极活性材料的回收过程。
[0003]目前，回收废弃LIBs的传统方法有三种，即火法冶金、湿法冶金和生物冶金。其中，湿法冶金因其高浸出效率、高金属选择性、和杂质含量低，被认为是最有前途的回收工艺。然而，它在浸出过程中不可避免地产生有害气体和浸出后的废水，并产出与过量浸出剂相关的二次废物。可持续、廉价的闭环湿法冶金回收工艺已成为研究的热点。利用细菌作为浸出介质的生物冶金工艺近年来因其环境友好、成本低而受到研究人员的青睐，但渗滤液的浸出速度慢、金属浓度低也使其发展停滞。火法冶金使用高温冶炼炉在高温下以金属和合金的形式回收有价值的金属成分。这种简单的方法在工业上被广泛应用，但较高的反应温度仍然会导致大量的能量消耗。近年来，由于较低的能量消耗和高的锂回收效率，对石墨和铵盐等还原剂回收废弃LIBs进行了广泛的研究。但是，碳热还原的高温和铵盐材料消耗的问题仍然很突出。使用其他高还原性废弃物可以减少能源消耗和经济压力。
[0004]目前，尚缺乏一种经济环保，节能高效地回收锂离子电池中金属的方法。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本专利技术目的是提供一种利用木质纤维素生物质热解气回收废弃锂电池正极材料金属材料的方法，通过木质纤维素生物质热解时产生的热解气可以还原钴酸锂并水浸分离回收，具有低污染，低能量消耗，低温室气体排放，高经济效益，安全等优点。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种利用木质纤维素生物质热解气回收废弃锂电池正极材料中金属元素的方法，所述方法包括：
[0008]将回收得到的废弃锂电池浸入盐溶液中放电，通过拆解和分离，获得正极材料片；
[0009]将正极材料片真空热解并刮出得到钴酸锂粉末；
[0010]将钴酸锂粉末悬于木质纤维素生物质上方并确保两者为分离状态，无氧气氛下于
400～500℃下加热，经生物质热解气还原钴酸锂获得反应产物；
[0011]将反应产物使用水浸法浸出后过滤，得到滤液和滤渣；
[0012]将滤液蒸发得到碳酸锂粉末，将滤渣烘干，得到Co氧化物。
[0013]进一步，所述盐溶液为饱和NaCl溶液。
[0014]进一步，所述浸入盐溶液的时间至少达到12h。
[0015]进一步，所述木质纤维素生物质包括木屑粉、玉米秸秆粉、玉米芯粉、稻壳、牛皮纸中的至少一种。
[0016]进一步，所述真空热解的温度为400～450℃，升温速率为5～10℃/min，保温时间为15
‑
120min。
[0017]进一步，所述生物质与钴酸锂的质量比为1：1～1：0.25。
[0018]进一步，所述将钴酸锂粉末悬于木质纤维素生物质上方并确保两者为分离状态的方法包括使用铜网盛装钴酸锂粉末并悬于木质纤维素生物质上方。
[0019]进一步，所述生物质热解气还原的升温速率为5～10℃/min。
[0020]进一步，所述无氧气氛下加热时间为15～120min。
[0021]进一步，水浸时的固液比为10～50g/L，浸出时间为1～2h。
[0022]本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0023]本专利技术提供一种利用生物质热解气还原回收废弃锂电池正极材料中金属元素的方法，本专利技术利用生物质热解气具有高还原性这一特点，在反应釜中可以将钴酸锂粉末一步还原为碳酸锂和氧化亚钴，并通过水浸分离和提取得到白色的碳酸锂粉末和黑色的氧化钴粉末。具体地，将所述生物质和正极粉末用铜网隔开，利用生物质热解产生的热解气还原钴酸锂粉末，反应温度为400～500℃。反应一段时间后，钴酸锂中的锂转变为碳酸锂，而钴转变为氧化亚钴。反应结束后利用水浸分离干燥的到氧化钴粉末和碳酸锂粉末。具有低污染，低能量消耗，低温室气体排放，高经济效益，安全等优点。
[0024]木质纤维素生物质的热解中，将产生对环境有害的热解气体。使用这些热解气体来还原和回收废弃LIBs，可以避免生物质热解气体的环境足迹，并降低还原温度和经济压力。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例提供的一种利用生物质热解气还原回收废弃钴酸锂电池正极材料的技术流程图。
具体实施方式
[0026]下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本专利技术，本专利技术的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。
[0027]在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
[0028]除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过
市场购买获得或者可通过现有方法获得。
[0029]实施例1
[0030]一种利用生物质热解气还原回收废弃钴酸锂电池正极材料的方法，步骤如下：
[0031]1、将回收得到的废弃锂离子电池浸泡在饱和NaCl溶液中12h放电，避免后续拆解过程中的危险；通过手动拆解、分离得到钴酸锂正极片；
[0032]2、将钴酸锂正极片置于管式炉中于400℃保温1h；刮出分离得到黑色的钴酸锂粉末；
[0033]3、在坩埚中放置铜网，钴酸锂粉末置于铜网上层，取一定量的木屑粉置于铜网下层，并将坩埚置于反应釜内，反应釜的容积为50mL，每克钴酸锂粉末使用木屑粉的质量为1g，随后密闭反应釜，在450℃下将反应釜加热1h，反应釜始终保持无氧环境，整个装配操作在手套箱中进行。本实施例中钴酸锂为1g，木屑粉为1g，升温速率为5℃/min。
[0034]4、待反应釜完全冷却后，将上下两层物料取出，取上层物料加入200mL水，超声1h后过滤，过滤得到高浓度的锂离子溶液，测得锂的浸出率为95.44％。
[0035]5、将滤渣清洗后烘干，得到氧化亚钴粉末。将锂离子溶液烘干得到白色的碳酸锂粉末。
[0036]实施例2
[0037]一种利用生物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用生物质热解气还原回收废弃钴酸锂电池正极材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将回收得到的废弃锂电池浸入盐溶液中放电，通过拆解和分离，获得正极材料片；将正极材料片真空热解并刮出得到钴酸锂粉末；将钴酸锂粉末悬于木质纤维素生物质上方并确保两者为分离状态，无氧气氛下于400～500℃下加热，经生物质热解气还原钴酸锂获得反应产物；将反应产物使用水浸法浸出后过滤，得到滤液和滤渣；将滤液蒸发得到碳酸锂粉末，将滤渣烘干，得到Co氧化物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述盐溶液为饱和NaCl溶液。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述浸入盐溶液的时间至少达到12h。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述木质纤维素生物质包括木屑粉、玉米秸秆粉、玉米芯粉、稻壳、牛皮纸中的至少一种。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹华意，周风银，汪的华，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：