[发明专利]一种锂离子电池正极废料中金属的浸出及回收方法

说明书

技术领域

本发明属于二次资源回收利用和循环经济技术领域，涉及一种锂离子电池正极废料中金属的浸出方法，尤其涉及一种基于金属闭环循环的含镍、钴或锰的锂离子电池正极废料中金属的可控浸出方法及回收方法。

背景技术

随着锂离子电池在便携式电子产品中的广泛应用，锂离子电池的产量和需求量剧增，从2000年到2010年锂离子电池的全球年产量增加了800％。由于锂离子电池在电动汽车和智能电网中的进一步应用，其需求量在未来十年仍会大幅度增加。2013年韩国、日本和中国锂离子电池产量占全球产量的90％以上。目前，我国已经成为锂离子电池的最大生产、消费和出口国之一。

由于电子产品更新换代的速度越来越快，加之锂离子电池的寿命一般仅有1～3年，因此，在未来几年将会产生大量的废弃锂离子电池以及其生产过程中产生的废料。一方面，这些废弃物中含有有毒有害的重金属和具有极强毒性和腐蚀性的有机电解液(如LiFP₆)，如处理不当，将会对生态环境和人体健康造成严重威胁；另一方面，这些废弃物中含有镍、钴、锰、锂、铜和铝等有价金属，其中钴和锂被认为是战略金属，在未来的可持续材料和技术中占有重要的地位。而根据美国地质勘探局的统计数据(USGS World Mine Production and Reserves 2013)，我国的镍、钴、锰和锂的矿产资源仅占全球储量的4.01％、1.07％、7.02％和26.99％，这些锂离子电池生产所需的金属的供需矛盾在我国已经越来越突出。因此，若能高效回收废锂离子电池及其生产废料中的金属，不仅能够避免其对环境和人类健康的风险，而且能够为锂离子电池生产提供替代的金属，降低对国外金属资源的依存度，促进锂离子电池行业的可持续发展和产业升级。

目前，国内外在废锂离子电池资源化回收方面尚处于起步和发展阶段，回收方法主要包括湿法冶金、火法冶金和生物冶金技术。由于湿法冶金技术具有金属的回收率高、回收产物的纯度高、低能耗和低有毒有害气体排放等优点，被认为是回收废锂离子电池及其生产废料的适用技术。由于能将金属有效地从固相转移至水溶液中，酸性浸出在湿法冶金技术中占有不可或缺的地位。现有的湿法冶金工艺主要针对以LiCoO₂为正极活性物质的废锂离子电池的回收，相关研究主要集中在对浸出工艺的优化以实现钴和锂的高浸出率。为了避免由于铝箔的溶解而导致的后续除杂工艺，在锂离子电池正极废料进入酸浸之前，通常需要一些预处理步骤将正极材料从铝箔上分离下来，如专利CN101942569B、CN 101318712B、CN 102382987B和CN 100440615C分别采用NaOH溶液溶解、超声波清洗、N-甲基吡咯烷酮(NMP)超声辅助处理和NMP搅拌浸泡分离正极材料与铝箔。这些复杂的预处理工艺一方面使得整个工艺流程变长，增加了处理成本；另一方面，强碱和有机溶剂的使用会对环境和人体健康构成潜在威胁。鉴于盐酸、硫酸和硝酸等无机酸可能对环境造成的二次污染，使用环境友好的有机酸成为最近研究的热点，如CN 103641175A采用有机苹果酸溶解锰酸锂正极材料，为了提高钴的浸出率，这些工艺在酸浸步骤中通常会加入过氧化氢或亚硫酸钠等还原剂。然而，目前的这些回收技术主要以回收锂离子电池中的钴和锂等有价金属为目的，正极废料浸出后通常采用沉淀法、溶剂萃取法、结晶法分离回收浸出液中的金属，但没有实现正极废料中金属组分的闭环循环。

总之，到目前为止还没有一种能够实现基于金属闭环循环的锂离子电池正极废料低成本短程回收技术，并且针对其它化学组成的正极废料和混合正极废料的回收技术尤为匮乏。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一在于提供锂离子电池正极废料中金属离子的浸出方法，本发明的目的之二在于提供一种基于金属闭环循环的锂离子电池正极废料的回收方法，所述锂离子电池正极废料中金属离子的浸出方法金属的浸出率高，部分有机酸可回收利用，处理成本低，并且不产生二次污染。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种锂离子电池正极废料中金属的浸出方法，所述方法为：将锂离子电池正极废料与含有还原剂的有机酸溶液进行反应，反应后进行固液分离，得到浸出液和滤渣，实现锂离子电池正极废料中金属的浸出。

所述锂离子电池正极废料干燥后再与含有还原剂的有机酸溶液进行反应。