[发明专利]一种回收废旧锂离子电池正极材料有价金属预处理的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到废旧锂离子电池中有价金属的回收的领域，特别涉及一种废锂离子电池正极材料有价金属高效回收预处理方法。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度，高工作电压，自放电小，无记忆效应以及循环寿命长等优点，自实现商业化以来，广泛应用于笔记本电脑，移动电话等移动电子数码产品。目前，我国已成为锂离子电池的最大生产、消费和出口国。

锂离子电池经过数百次充放电后，会发生电极膨胀，容量下降直至报废，使用寿命一股为1～3年，因此，在广泛使用锂离子电池过程中会产生大量的废旧锂电池。锂离子电池含有钴、锂、铜和铝等有价金属，钴是我国稀缺的有价金属，每年都需要大量的从国外进口，若能高效回收这些有价金属，将产生巨大的经济效益；而锂离子电池还含有六氟磷酸锂等具有极强毒性和腐蚀性的有害物质，遗弃的锂离子电池不仅对资源是一种浪费，而且会给环境造成巨大的污染。

目前，国内外关于废旧锂离子电池中有价金属回收的研究都属于起步阶段，回收废锂离子电池有价金属过程应该尽量减少废料体积，高效率回收有价金属等资源，消除或减少废旧锂离子电池对于环境的危害，回收方法主要包括物理方法和化学方法，物理方法是废旧锂电池回收的预处理方法，主要包括机械分离过程，热处理过程和物理溶解过程。机械分离过程通过机械搅拌将废旧电池压碎并筛分，使分离回收复杂化；普通热处理过程需要将拆解废旧电池得到的正极材料粉碎，并置于电炉中通过常压高温焙烧的方法除去正极材料的有机电解液、有机粘合剂以及导电炭黑，得到含有钴、锂、铝的金属氧化渣，该过程不但损失了正极材料中大量的有机物和导电炭黑，由于高温常压处理易使铝箔熔化并且氧化为细小的白色颗粒，与正极活性物质混合在一起，难于分离，钴酸锂也易于被氧化成Co₃O₄，均使钴、锂难于浸出，而且该过程对于气体净化回收设备要求高，能耗大。物理溶解废旧锂电池正极材料过程一股使用价格昂贵的N-甲基吡咯烷酮(NMP)，而且不适用于大规模生产。化学方法包括酸或碱浸出，生物浸出，溶剂萃取，化学沉淀和电化学过程，由物理方法处理过的含有有价金属的碎片通常采用加入酸或碱的方法使其溶解，有价金属的浸出率非常高，而现有的生物浸出方法尚未成熟，仍需要进一步研究；溶剂萃取，化学沉淀和电化学沉积作为成熟的工艺，可以根据产品的要求进行选择。

发明内容

本发明的目的在于提供一种回收废旧锂离子电池正极材料有价金属预处理的方法，本发明工艺简单，成本低，环境友好，主要有价金属钴、锂的回收率高，适于废旧锂离子电池大规模回收处理。

本发明的技术方案为：将废旧锂离子电池充分放电后拆解、分离得到的含有钴、锂有价金属的锂离子电池正极材料；将分离得到的正极材料置于真空炉中，在温度为500～600℃，真空度为40～100Pa状态下热解分离；收集分离得到钴酸锂粉末和铝箔；将钴酸锂粉末进行Co、Li的浸出反应，得到含钴、锂的浸出液。

真空炉中的优选温度为500～550℃。

为达到温度为500～600℃范围内升温速率以5℃/min～15℃/min为宜，较佳的升温速率为8℃/min～12℃/min，最佳的升温速率为10℃/min。

热解分离时间15～80min为宜，优选30～40min。

分离得到的铝箔在浸出反应的反应液中浸泡，以使铝箔上仍粘附少量钴酸锂粉末溶解至反应液中，铝箔也能实现彻底回收。

浸泡时间优选为1～2分钟。

所述Co、Li的浸出反应是在60～90℃，固液比30～70g/L的条件下，采用浓度为2～4mol/L的H₂SO₄与10～20vol.％的H₂O₂溶解过筛后钴酸锂粉末。

通过本发明的真空热解分离的方式和相应的工艺条件，可以使得大部分钴酸锂从铝箔上脱离，可以有效除去有机电解液及有机粘合剂，而且铝箔完好无损。因而本发明可以有效的将正极材料上的钴酸锂粉末和铝箔进行有效分离，加热分离的温度得到进一步降低，有利降低成本，简化后续的化学分离处理工艺，减少了化学试剂的使用，更有利环保，且大大的提高了有价金属钴、锂的回收率，其他杂质金属铝、铁等引入量较少。本发明的工艺具有流程简单，易于操作，环保的特点。因而适于废旧锂离子电池大规模回收处理，是符合技术的发展趋势。

本发明具体的操作方法为：

(1)饱和食盐水放电

将废旧锂离子电池置于饱和食盐水中进行充分放电，浸泡时间4小时以上。

(2)拆解、分离