[发明专利]一种基于电化学法从锂离子电池正极废料中浸出和回收金属的方法

说明书

本发明公开了一种基于电化学法从锂离子电池正极废料中浸出和回收金属的方法，该方法是将锂离子正极废料粉末压实制成片状作为阴极，以惰性电极作为对电极，以含H⁺及K⁺和/或Na⁺的溶液作为电解液，在直流电压下，进行电化学还原浸出，得到含金属离子的电解液，该方法和传统酸浸(酸+还原剂)相比，大幅度减少了酸的用量，浸出时间短，可常温操作，大大的提高了锰镍钴三元正极材料中金属的浸出效率，成本低廉，操作简单，具有广阔的工业化前景。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极废料的处理方法，特别涉及一种通过电化学法从锂离子电池正极废料中浸出和回收金属的方法，属于二次资源回收利用和循环经济技术领域。

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，其中镍钴锰被认为是战略金属，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 MineProduction 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。

目前回收锂离子电池的方法有干法、湿法和生物浸出法等。干式法工艺相对简单，不足之处是能耗较高，电解质溶液和电极中其他成分通过燃烧转变为二氧化碳或其他有害成分。目前研究和应用较多的是湿法处理。湿法是以还原性的无机酸溶液将废弃电池中的各有价成分浸出后，再以络合交换法、碱煮一酸溶法、酸溶一萃取一沉淀法等加以回收。湿法所用酸一般为高浓度的盐酸、硫酸或硝酸，溶液浸出温度需要在60℃以上，浸出时间需要一个小时以上才能完全浸出。生物浸出技术具有耗能少，成本低等明显优势，但也存在浸出时间长(一般要一周左右)、金属浸出率低的缺点。中国专利(CN104868190A)公开了一种锂离子电池正极废料中金属的浸出方法，具体公开了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。该方法采用有机酸及过氧化氢还原剂，成本较高，过氧化物安全性低，且需要在搅拌及加热等条件下进行，能耗较大，效率较低，同时产生的废液较多，不利于环境保护。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种通过电化学还原来高效强化浸出废弃锂离子电池正极材料中有用金属的方法，该方法能大幅度缩短金属浸出时间，提高金属浸出效率，而且能耗低、基本无污染。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基于电化学法从锂离子电池正极废料中浸出和回收金属的方法，该方法是将锂离子正极废料粉末压实制成片状作为阴极，以惰性电极作为对电极，以含H⁺浓度为0.2～0.6mol/L，且K⁺和/或Na⁺总浓度为0.1～0.5mol/L溶液作为电解液，在直流电压为0.1～0.6V、电流密度为5～30mA/cm²的条件下，进行电化学还原浸出，得到含金属离子的电解液。