一种废旧三元锂离子电池成对电沉积回收锰、钴的方法技术

本发明专利技术属于电池回收技术领域，具体涉及一种废旧三元锂离子电池回收锰和钴的方法。所述方法包括：采用无隔膜电解装置，以废旧锂离子电池浸出液为电解液，设置阳极和阴极，阳极面积和阴极面积比与电解液初始组成有关，通过成对电沉积回收锰和钴。本发明专利技术根据电解液中锰离子和钴离子的初始浓度调控阳极面积和阴极面积比，通过变电流方法成对电沉积回收锰和钴，阴极回收金属钴，阳极回收二氧化锰，总电流效率大于120％，过量电解则可回收99％以上的钴和锰。本发明专利技术开发了成对电沉积法回收钴和锰的方法，同时利用的阴极和阳极电极反应回收钴和锰，避免了湿法回收钴和锰时采用有机溶剂的问题，减少了废水，且成本低、操作简单。操作简单。操作简单。

【技术实现步骤摘要】
一种废旧三元锂离子电池成对电沉积回收锰、钴的方法


[0001]本专利技术属于电池回收
，具体涉及一种废旧三元锂离子电池回收锰和钴的方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池(LIBs)由于其高电压、高能量密度、长存储寿命、宽工作温度范围和低自放电率，已成为最大的二次储能市场。最近，电动汽车的日益普及进一步推动了LIBs市场需求量的迅速扩大。随着电动汽车市场的扩大，电动汽车电池组将产生更多废锂离子电池。因此，如何高效利用和回收废旧锂离子电池有价金属，对锂离子电池生产节约资源、降低成本和改善对环境的污染都具有重要的意义。
[0003]废旧锂离子电池回收方法包括物理分选法、火法冶金法和湿法冶金法等，其中湿法冶金回收废旧锂离子电池有价金属是目前多数企业采用的方法。该方法将溶剂萃取法与沉淀法结合起来，先用酸、碱溶液浸取电池外壳，将电池的正负极材料用过氧化氢和硫酸按比例混合的溶液溶解，然后使用不同的萃取剂来选择性地萃取铜、锰、钴等金属元素，各种金属的回收率都达到96％以上；再用碳酸钠将金属锂以碳酸锂沉淀的形式分离出来。但是目前的湿法冶金回收技术存在需要采用大量的有机溶剂、工艺过程复杂，成本高和容易造成二次污染等缺点。电沉积法回收金属，可以有效避免有机溶剂和沉淀剂，大幅度减少污染物排放，但阴极电沉积回收镍、钴、锰存在电流效率低，且辅助电极为析氧反应，析出大量的氧气，电能未得到充分利用，同时氧气携带酸雾污染环境等问题。
[0004]基于上述现有技术存在的问题，本专利技术提出采用成对电沉积法回收金属钴、锰，阴极和阳极同时回收废旧锂离子电池浸出液中的钴和锰，可以显著提高电沉积回收钴和锰的电流效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术问题，提供一种废旧三元锂离子电池成对电沉积回收锰、钴的方法，旨在高效回收废旧锂离子电池浸出液中的锰和钴。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]一种废旧三元锂离子电池成对电沉积回收锰、钴的方法，所述方法包括：采用无隔膜电解装置，以废旧锂离子电池浸出液为电解液，设置阳极和阴极，阳极面积和阴极面积比与电解液初始组成有关，通过成对电沉积回收锰和钴。
[0008]优选的，所述阳极的电极材料为石墨、铅合金、PbO2/Ti、IrO2涂层电极的至少一种，更优选为铅合金、PbO2/Ti的至少一种。
[0009]优选的，所述阴极的电极材料为石墨、不锈钢、Ti、Cu的至少一种。
[0010]优选的，所述的阳极面积和阴极面积比与电解液初始组成有关，S
阳极
:S
阴极
＝2.5*C
Mn2+
:C
Co2+
，电解液中C
Co2+
>0.1g/L，C
Mn2+
>0.1g/L，C
Mn2+
为浸出液初始锰离子含量(g/L)，C
Co2+
为浸出液初始钴离子含量(g/L)。
[0011]优选的，电解电沉积的电流密度为300
‑
500A/m2。
[0012]优选的，电解通过变电流方法成对电沉积回收锰和钴，更优选的变电流方法按Co
2+
浓度分阶段调控阴极电流密度：
[0013](1)i
阴极
＝300
‑
500A/m2，C
Co2+
≥0.25g/L；
[0014](2)i
阴极
＝200A/m2，0.1g/L≤C
Co2+
<0.25g/L；
[0015](3)i
阴极
＝100A/m2，C
Co2+
<0.1g/L。
[0016]优选的，所述的电解液的pH为0
‑
2，更优选采用H2SO4和/或LiOH溶液调节电解液为pH＝0
‑
2，更优选H2SO4浓度为1mol/L，LiOH溶液浓度为1mol/L。
[0017]优选的，所述的电解液温度控制为20
‑
90℃，更优选为50
‑
90℃。
[0018]优选的，本专利技术所述的成对电沉积回收锰、钴的方法，通过过量电解，可回收大部分的钴和锰，可以回收至电池浸出液中C
Co2+
≤0.05g/L，C
Mn2+
≤0.05g/L。
[0019]与现有的湿法冶金法回收废旧锂离子电池钴、锰方法相比，本专利技术所述技术方案的有益效果体现在：(1)本专利技术开发了成对电沉积法回收钴和锰的方法，同时利用的阴极和阳极电极反应回收钴和锰；(2)本专利技术采用变电流控制成对电沉积回收钴和锰的方法，大幅度提高电流利用效率；(3)本专利技术避免了湿法回收钴和锰时采用有机溶剂的问题，减少了废水，且成本低、操作简单。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的电解装置示意图，图中，1
‑
阳极，2
‑
阴极
[0021]图2为本专利技术成对电沉积阴极产物和阳极产物XRD图，图中，(a)阳极回收锰，(b)阴极回收钴。
具体实施方式
[0022]下面通过具体实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步清楚、完整地描述，需要知道的是，本专利技术所描述的实施例是在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0024]本专利技术提供了一种废旧三元锂离子电池成对电沉积回收锰、钴的方法，所述方法包括：采用无隔膜电解装置，以废旧锂离子电池浸出液为电解液，设置阳极和阴极，阳极面积和阴极面积比与电解液初始组成有关，通过成对电沉积回收锰和钴。
[0025]本专利技术中，所述阳极的电极材料为石墨、铅合金、PbO2/Ti、IrO2涂层电极的至少一种，更优选为铅合金、PbO2/Ti的至少一种。
[0026]本专利技术中，所述阴极的电极材料为石墨、不锈钢、Ti、Cu的至少一种。
[0027]本专利技术中，所述的阳极面积和阴极面积比与电解液初始的关系是，S
阳极
:S
阴极
＝2.5*C
Mn2+
:C
Co2+
(C
Co2+
>0.1g/L，C
Mn2+
>0.1g/L)，C
Mn2+
为浸出液初始锰离子含量(g/L)，C
Co2+
为浸出液初始钴离子含量(g/L)。
[0028]本专利技术中，所述的浸出液通常是以硫酸作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废旧三元锂离子电池成对电沉积回收锰、钴的方法，其特征在于，所述方法包括：采用无隔膜电解装置，以废旧锂离子电池浸出液为电解液，设置阳极和阴极，阳极面积和阴极面积比与电解液初始组成有关，通过成对电沉积回收锰和钴。2.根据权利要求1所述一种废旧三元锂离子电池成对电沉积回收锰、钴的方法，其特征在于，所述阳极的电极材料为石墨、铅合金、PbO2/Ti、IrO2涂层电极的至少一种。3.根据权利要求1所述一种废旧三元锂离子电池成对电沉积回收锰、钴的方法，其特征在于，所述阴极的电极材料为石墨、不锈钢、Ti、Cu的至少一种。4.根据权利要求1所述一种废旧三元锂离子电池成对电沉积回收锰、钴的方法，其特征在于，所述的阳极面积和阴极面积比与电解液初始组成的关系为，S
阳极
:S
阴极
＝2.5*C
Mn2+
:C
Co2+
，电解液中C
Co2+
>0.1g/L，C
Mn2+
>0.1g/L，其中C
Mn2+
为浸出液初始锰离子含量，C
Co2+
为浸出液初始钴离子含量。5.根据权利要求1所述一种废旧三元锂离子电池成对电沉积回收锰、钴的方法，其特征在于，电解电沉积的电流密度为300

【专利技术属性】
技术研发人员：甘永平，曹志琪，李思晗，张俊，张文魁，黄辉，夏阳，贺馨平，夏新辉，卢梦娇，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：