一种废旧锂离子电池的回收处理方法技术

本发明专利技术公开了一种废旧锂离子电池的回收处理方法，具体包括以下步骤：废旧锂离子电池放电；粉碎并磁选分离除去铁，得到正负极黑粉；将正负极黑粉在低氧环境下焙烧，得到预处理黑粉；将预处理黑粉加入无机酸中进行酸浸处理，得到含锂、钴、镍的浸出液和含锰、石墨的残渣，前者进行金属元素分离回收或直接用于制备电池正极材料，后者用于制备催化材料或吸附材料。本发明专利技术通过低氧焙烧结合酸浸从废旧锂离子电池的正负极材料中选择性浸出锂、钴、镍元素，保留锰和石墨作为高性能吸附催化材料的前驱体，解决了普通回收工艺负极石墨回收率低、反应周期长、污染大、能耗高等问题。能耗高等问题。能耗高等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种废旧锂离子电池的回收处理方法


[0001]本专利技术涉及一种废旧锂离子电池的回收处理方法。属于固体废弃物资源回收


技术介绍

[0002]随着新能源汽车的快速发展，锂离子电池市场规模快速增长。目前，中国已成为世界上最大的锂离子电池生产、消费和出口国。然而，锂离子电池的寿命一般仅有3～5年，伴随锂电池市场保有量的持续增长，废旧锂离子电池数量也随之快速增加。废旧锂离子电池成分复杂，处置不当可造成环境污染；而其中的锰、锂、钴、镍等金属元素和石墨等非金属含量远高于自然矿产资源，发展废旧锂离子电池的回收再利用技术有助于废旧电池污染防治以及缓解锂电池相关原材料短缺等问题。
[0003]目前的废旧锂离子电池处理方法从提取有价元素出发，首先将正极材料溶解，锂、锰、钴、镍等金属元素以Li
+
、Mn
n+
、Co
n+
、Ni
n+
的形式进入溶液，再通过化学沉淀、电沉积等分离回收锂、锰、钴、镍等元素。在废旧锂离子电池回收的方法中，重点关注的是正极材料，而对于负极石墨回收再利用的方法较少。
[0004]近年来有研究针对废旧锰酸锂电池，将锰酸锂和石墨混合物进行酸浸，获得较高纯度的石墨，然后从酸浸溶液制备二氧化锰，但该方法存在反应周期长、能耗大、污染物排放等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种废旧锂离子电池的回收处理方法，实现了从废旧锂离子电池高效浸出并选择性回收高价金属和制备高性能吸附催化材料，解决了普通回收工艺负极石墨回收率低、反应周期长、污染大、能耗高等问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0007]一种废旧锂离子电池的回收处理方法，具体步骤如下：
[0008](1)废旧锂离子电池放电；
[0009](2)粉碎并磁选分离除去铁，得到正负极黑粉；
[0010](3)将正负极黑粉在低氧环境下焙烧，得到预处理黑粉；
[0011](4)将预处理黑粉加入无机酸中进行酸浸处理，得到含锂、钴、镍的浸出液和含锰、石墨的残渣，前者进行金属元素分离回收或直接用于制备电池正极材料，后者用于制备催化材料或吸附材料。
[0012]优选的，步骤(1)中，所述废旧锂离子电池为圆柱形电池，进一步优选为三元锂离子电池，具体型号包括但不限于14500、14650、17490、18500、18650、26500。
[0013]优选的，步骤(1)的具体方法为：将废旧锂离子电池完全浸没于质量浓度5～20％氯化钠或硫酸钠水溶液中，浸泡48小时以上，干燥即可。
[0014]优选的，步骤(2)的具体方法为：利用锤式破碎机(带有收尘装置，对外界无污染)
对步骤(1)处理后的电池进行粉碎处理，磁选分离除去铁，利用磨粉机从电池集流体上剥离黑粉，并利用旋风集料斗分离隔膜与黑粉，即得正负极黑粉。
[0015]优选的，步骤(3)中，低氧环境条件为氧气体积浓度0.5～1％，进一步优选为氧气和氮气的混合气体；焙烧温度为600℃，焙烧时间为60～300分钟。
[0016]优选的，步骤(4)中，所述无机酸为0.5～3mol/L硫酸溶液，酸浸固液比为100g/L，酸浸温度为35～95℃，酸浸时间为180～300分钟。
[0017]优选的，步骤(4)中，金属元素分离采用有机溶剂萃取、化学沉淀或电沉积中的任一种方法。
[0018]优选的，步骤(4)中，所述含锂、钴、镍的浸出液，共沉淀后采用固体合成重新制备得到电池正极材料。
[0019]优选的，步骤(4)中，所述含锰、石墨的残渣，其处理方法选自以下任一种：
[0020](A)浮选法分离获得锰氧化物和石墨，将锰氧化物作为催化材料再生；
[0021](B)将含锰、石墨的残渣直接作为吸附材料再利用。
[0022]本专利技术的有益效果：
[0023]针对现有废旧锂离子电池高效回收正极有价金属和负极石墨存在的不足，本专利技术提出了一种废旧锂离子电池的回收处理方法，具体包括以下步骤：废旧锂离子电池放电；粉碎并磁选分离除去铁，得到正负极黑粉；将正负极黑粉在低氧环境下焙烧，得到预处理黑粉；将预处理黑粉加入无机酸中进行酸浸处理，得到含锂、钴、镍的浸出液和含锰、石墨的残渣，前者进行金属元素分离回收或直接用于制备电池正极材料，后者用于制备催化材料或吸附材料。本专利技术通过低氧焙烧结合酸浸从废旧锂离子电池的正负极材料中选择性浸出锂、钴、镍元素，保留锰和石墨作为高性能吸附催化材料的前驱体，解决了普通回收工艺负极石墨回收率低、反应周期长、污染大、能耗高等问题。
[0024]电池需要机械破碎后进行磁选，以分离铁；需对电池进行二次破碎磨粉，将铜铝箔集流体与正负极黑粉分离，确保废电池黑粉的纯度。
[0025]无机酸选择性浸出锂、钴、镍后，形成的残渣为锰和石墨颗粒混合物，可用于制备高性能吸附催化材料，实现锂离子正极材料中低价值锰元素的跨领域有效再利用，过程简单易操作。
[0026]本专利技术通过低氧焙烧法将正极材料中的锰与其他有价金属分离，并实现锰和负极石墨的再利用，既简化了整个回收流程、缩短了操作时间、降低了操作难度，优化了多类型锂离子电池正负极材料回收流程，回收了正极锰和负极石墨，又提高了锂、镍、钴的浸出率，达到多种类型锂离子电池正负极材料回收再利用的目的。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施过程的工艺流程示意图；
[0028]图2是0.5～1％O2含量下预处理的锂离子正极材料有价金属酸浸效果，其中，A为0.5％O2+N2，B为0.8％O2+N2，C为0.9％O2+N2，D为1％O2+N2；
[0029]图3是本专利技术中由回收的正极锰作为催化材料测试丙酮氧化的反应活性结果；测试条件：总进气量300mL/min，500ppm丙酮，体积浓度5％氧气，载体为氮气，空速GHSV＝360,000ml/(g
·
h)；
[0030]图4是本专利技术中由回收的正极锰作为催化材料测试NO催化转化结果；反应条件:[NO]＝[NH3]＝500ppm,[O2]＝5vol％，Ar为平衡气，GHSV＝36000h
‑1；
[0031]图5是本专利技术中由回收的正极锰和负极石墨作为吸附材料测试NO吸附曲线，测试条件：吸附温度30℃，空速24000h
‑1，入口NO浓度500ppm，O2浓度10％，载气N2；
[0032]图6是本专利技术中由回收的正极锰和负极石墨作为吸附材料测试NO脱附曲线，测试条件：升温速率10℃/min；
[0033]图7是对比例1和对比例2处理的锂离子正极材料有价金属酸浸效果，其中，a为0.1％O2+99.9％N2，b为21％O2+79％N2。
具体实施方式
[0034]下面结合实施例对本专利技术进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本专利技术，并不对其内容进行限定。
[0035]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废旧锂离子电池的回收处理方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）废旧锂离子电池放电；（2）粉碎并磁选分离除去铁，得到正负极黑粉；（3）将正负极黑粉在低氧环境下焙烧，得到预处理黑粉；（4）将预处理黑粉加入无机酸中进行酸浸处理，得到含锂、钴、镍的浸出液和含锰、石墨的残渣，前者进行金属元素分离回收或直接用于制备电池正极材料，后者用于制备催化材料或吸附材料。2.根据权利要求1所述的一种废旧锂离子电池的回收处理方法，其特征在于，步骤（1）中，所述废旧锂离子电池为圆柱形电池。3.根据权利要求1所述的一种废旧锂离子电池的回收处理方法，其特征在于，步骤（1）的具体方法为：将废旧锂离子电池完全浸没于质量浓度5～20%氯化钠或硫酸钠水溶液中，浸泡48小时以上，干燥即可。4.根据权利要求1所述的一种废旧锂离子电池的回收处理方法，其特征在于，步骤（2）的具体方法为：利用锤式破碎机对步骤（1）处理后的电池进行粉碎处理，磁选分离除去铁，利用磨粉机从电池集流体上剥离黑粉，并利用旋风集料斗分离隔膜与黑粉，即得正负极黑粉。5.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：高翔，刘少俊，宋浩，郑成航，张宇，李星睿，于盟，吴卫红，杨洋，张霄，张涌新，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：