一种选择性浸出废弃锂离子电池电极材料中锂的方法技术

本发明专利技术涉及资源回收利用技术领域，具体公开了一种选择性浸出废弃锂离子电池电极材料中锂的方法。本发明专利技术方法是将废弃锂离子电池电极材料和水放入高压反应釜中，向高压反应釜内通入含有二氧化碳的气体，进行锂的选择性浸出反应；反应结束后，所得料浆固液分离，得到浸锂液和浸锂渣，锂富集在浸锂液中。本发明专利技术将锂离子电池电极材料中锂优先选择性分离，通过锂与过渡金属元素的提前分离，减少锂的损失率，实现了锂元素的高效率浸出回收，并且浸出锂时基本不浸出过渡金属元素，因此也保证了过渡金属元素的高回收率。元素的高回收率。元素的高回收率。

【技术实现步骤摘要】
一种选择性浸出废弃锂离子电池电极材料中锂的方法


[0001]本专利技术涉及资源回收利用
，特别是涉及一种选择性浸出废弃锂离子电池电极材料中锂的方法。

技术介绍

[0002]近年来随着我国新能源汽车产业的迅猛发展，动力锂离子电池也即将进入大规模报废期。据相关机构预测，到2025年我国退役动力锂离子电池累计将达到137.4GWh，需要回收的废旧锂离子电池将达到96万吨。废弃锂离子电池含有锂、镍、钴、锰、铜、铝等宝贵的金属资源以及重金属、氟化物等多种污染物，对废弃锂离子电池进行回收再利用具有较高的经济价值和环境效益。
[0003]当前，废弃锂电池材料中有价金属的回收大多是通过常压还原酸浸法将废料中的有价金属全部溶解出来，再用沉淀、萃取、反萃、结晶等方法进行除杂、分离，回收金属盐。这种有价金属全浸的回收工艺具有操作简单、工艺成熟度高、原料适应性好等优点。但同时也存在诸多问题，比如浸出过程不具有选择性，废弃锂离子电池中的有价金属同时浸出到溶液中，虽然锂的浸出率较高，但锂一般在流程的最末端进行回收，在之前萃取分离浸出液中镍钴锰时锂会有较多的夹带损失，导致最终锂的回收率偏低。目前也有部分企业和科研院所开发出了还原焙烧
‑
优先浸锂工艺，实现了锂元素的选择性优先浸出。但这类工艺通常需要先将物理分选后得到的电极材料通过高温还原焙烧如氢气还原、碳热还原等方法进行处理，之后再浸出锂元素，这种方法处理时，还原焙烧温度高达500～750℃，能耗高，不符合低碳节能的要求，且需要消耗大量的还原剂，造成了处理成本高的问题。
[0004]针对以上问题，需要研发一种新的从废弃锂离子电池电极材料中优先提取锂的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要解决的技术问题是提供一种选择性浸出废弃锂离子电池电极材料中锂的方法，处理简单，且锂的浸出率高。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种选择性浸出废弃锂离子电池电极材料中锂的方法，包括步骤：
[0007]S1：将废弃锂离子电池电极材料和水放入高压反应釜中，向所述高压反应釜内通入含有二氧化碳的气体，进行锂的选择性浸出反应；
[0008]S2：反应结束后，所得料浆固液分离，得到浸锂液和浸锂渣。
[0009]作为本专利技术一种实施方式，在步骤S1中，所述反应的反应温度为140～320℃。
[0010]作为本专利技术一种实施方式，在步骤S1中，所述反应的反应压力为0.6～12.5MPa。
[0011]作为本专利技术一种实施方式，所述含有二氧化碳的气体中二氧化碳的体积百分比含量为5～100％。
[0012]作为本专利技术一种具体的实施方式，所述含有二氧化碳的气体为二氧化碳气体，或
者为二氧化碳和氮气、氧气、空气、一氧化碳和惰性气体中任一种混合形成的混合气，或者为含二氧化碳的工业废气。
[0013]其中，当所述含有二氧化碳的气体为二氧化碳和惰性气体混合形成的混合气时，所述惰性气体为氩气、氦气或氖气；进一步优选地，所述惰性气体为氩气。
[0014]作为本专利技术一种实施方式，在步骤S1中，所述反应的固液比为100～1000g/L。
[0015]作为本专利技术一种实施方式，在步骤S1中，所述反应的时间为0.5～12h。
[0016]作为本专利技术一种实施方式，本专利技术所述的废弃锂离子电池电极材料由镍钴锰酸锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池、镍钴铝酸锂电池中任一种或几种处理产生。
[0017]作为本专利技术一种实施方式，所述废弃锂离子电池电极材料为正极粉末，或者是正极粉末、负极粉末、电解液的混合物。
[0018]作为本专利技术一种实施方式，所述废弃锂离子电池电极材料是废弃锂离子电池经破碎、物理分选后得到的电极粉末，或者是废弃锂离子电池经破碎、物理分选，之后再经焙烧处理后得到的电极粉末。
[0019]作为本专利技术一种实施方式，所述浸锂液为富锂溶液，用于制备锂盐，所述浸锂渣中主要含有过渡金属氧化物，用于进一步分离提取过渡金属产品。
[0020]本专利技术提供的选择性浸出废弃锂离子电池电极材料中锂的方法，采用二氧化碳加压对锂进行优先选择性浸出，而镍钴锰等过渡金属则几乎不被浸出；选择性浸锂反应结束后，正极材料中的锂元素能够充分浸出到溶液中，得到浸锂液，而镍钴锰等过渡金属则以不溶氧化物等形式留在浸锂渣中，从而分别得到富含锂的浸锂液和富含过渡金属元素的浸锂渣。所得浸锂液和浸锂渣经处理可分别制得锂盐和过渡金属盐。
[0021]本专利技术提供的选择性浸出废弃锂离子电池电极材料中锂的方法，是通过高温高压的强化手段使LiCoO2、LiNi
x
Co
y
Mn
z
O2等正极材料与CO2在水溶液中直接反应生成可溶性的LiHCO3，在CO2气体高温高压浸出条件下，锂离子电池正极材料与溶液间的传质速率和化学反应速率得到大幅提升，使锂充分与溶液中的碳酸反应形成易溶解的LiHCO3得以浸出，Ni、Co、Mn则因较高的价态以及碳酸的弱酸性而难以溶解到溶液中，最终实现了锂的优先选择性浸出。
[0022]本专利技术将锂离子电池电极材料中锂优先选择性分离，通过锂与过渡金属元素的提前分离，减少锂的损失率，实现了锂元素的高效率浸出回收，并且浸出锂时基本不浸出过渡金属元素，因此也保证了过渡金属元素的高回收率。
[0023]本专利技术提供的选择性浸出废弃锂离子电池电极材料中锂的方法，处理过程无需加入任何无机强酸、有机酸以及还原剂，减少了试剂消耗；仅采用二氧化碳和水进行浸出，在实现高度选择性浸锂的同时，也完成了二氧化碳的固定。与现有的还原焙烧
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优先浸锂工艺相比，省去了高温还原焙烧环节，节约了能耗，缩短了工艺流程，简化了工艺难度，也节约了还原剂。因此，本专利技术提供的二氧化碳加压选择性优先浸出废弃锂离子电池电极材料中锂的方法有望成为未来废弃锂电池回收的重要技术方向，具有很高的产业化应用潜力。
附图说明
[0024]图1是本专利技术提供的一种选择性浸出废弃锂离子电池电极材料中锂的工艺流程图。
具体实施方式
[0025]下面通过具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0026]在以下实施例中，使用的药剂均为市售商品。未特别说明时，各实施例中的百分数均为质量百分数。
[0027]实施例1
[0028]本实施例提供了一种选择性浸出废弃锂离子电池电极材料中锂的方法，处理的废弃锂离子电池电极材料由镍钴锰酸锂电池处理产生，是将废弃锂离子电池破碎、物理分选后得到的电极粉末，为正极粉末、负极粉末和少量电解液的混合物，具体的金属元素组成如表1所示。
[0029]表1
[0030]金属元素LiNiCoMnFeAl含量，wt％4.84％18.82％6.06％5.94％0.26％1.11％
[0031]处理方法的工艺流程图见图1，具体步骤为：
[0032]S1：将10g废弃锂离子电池电极材料和100mL水放入高压反应釜中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选择性浸出废弃锂离子电池电极材料中锂的方法，其特征在于，包括步骤：S1：将废弃锂离子电池电极材料和水放入高压反应釜中，向所述高压反应釜内通入含有二氧化碳的气体，进行锂的选择性浸出反应；S2：反应结束后，所得料浆固液分离，得到浸锂液和浸锂渣。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述反应的反应温度为140～320℃。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述反应的反应压力为0.6～12.5MPa。4.根据权利要求1
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3任一项所述的方法，其特征在于，所述含有二氧化碳的气体中二氧化碳的体积百分比含量为5～100％。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述含有二氧化碳的气体为二氧化碳气体，或者为二氧化碳和氮气、氧气、空气、一氧化碳和惰性气体中任一种混合形成的混合气...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东兴，饶帅，刘志强，李伟，曹洪杨，马致远，朱薇，
申请(专利权)人：广东省科学院资源利用与稀土开发研究所，
类型：发明
国别省市：