[发明专利]一种从废旧镍钴锰三元锂离子电池回收、制备镍钴锰铝四元正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种从废旧镍钴锰三元锂离子电池回收、制备四元正极材料的方法，包含以下步骤：步骤1：将废旧三元锂离子电池经过人工拆解、磁选、破碎、有机溶剂浸泡、筛分、硫酸浸出、得到含有的Cu²⁺，Al³⁺，Li⁺，Ni²⁺，Co²⁺，Mn²⁺浸出液；浸出液经除杂(Cu²⁺)处理得除杂液；步骤2：调节除杂液中Al、Ni、Co、Mn的摩尔比；随后投加碱金属氢氧化物并调控体系pH≥10，进行一级沉淀，得沉淀有NCM氢氧化物的混浊液；步骤3：向步骤2的混浊液中投加碳酸盐进行二级沉淀，随后经固液分离得四元材料前驱体；步骤4：将所述的四元材料前驱体在空气中煅烧即得到Al掺杂NCM四元正极材料。该方法工艺简单，原料来源广，可重复度高，制备的四元正极材料循环性能优异，可大规模生产。

技术领域

本发明涉及废旧锂离子电池回收领域，特别涉及到一种以废旧镍钴锰三元锂离子电池为原料一步制备铝掺杂镍钴锰的四元正极材料的方法。

背景技术

能源的日趋缺乏及地球生态环境的严重变化，正逐步成为阻碍人类文明发展的两大障碍，开辟新的能源以及研究和开发新型的、无污染的节能材料和能量贮存与转换材料已成为当务之急。随着能源需求的增加、电子市场和电动车市场的不断发展，锂离子电池由于其安全、环保、高比能量和良好的电化学性能等优越的性能受到了人们的青睐。

据统计锂电池使用寿命一般约3年，循环周期约为500次。随着锂离子电池的广泛应用，其使用量逐年增大，由废旧锂离子电池造成的环境问题已引起世界各国的广泛关注。废旧锂离子电池中既有原有组成物质，又有充放电过程中副反应产生的新物质，废旧电池被丢弃在环境中，因各种原因破裂而使电池中的物质进入到环境中，造成环境污染。锂离子电池一方面让能源供给更加方便高效，另一方面失效锂离子电池也会带来环境问题。随着锂离子电池的出货量和报废量迅猛增加，随之而来的环境问题也已引起全球的广泛关注。有别于传统电池，废旧离子电池成分组成复杂，具有显著的资源性和污染性，需要综合的工艺才能实现失效锂离子电池的无害化和资源化。目前针对废旧三元锂离子电池的回收方案中大部分为针对镍、钴、锰的分别回收，回收流程长，工艺复杂，且分离方法包含萃取等易产生废弃有机物的高污染方法。最为理想的流程应该既可以高效处理废旧锂离子电池，又可以在较短的流程内实现多种有价金属的综合再利用。

公开号为CN 101871048A的中国专利文献公开了一种从废旧锂电池中回收钴、镍和锰的方法：将废旧锂离子电池正极材料浸入低浓度碱液中，回收不反应的正极黑色粉末，对回收的黑色粉末，先进行低酸溶解，再采用Na₂SO₅、或Na₂SO₃或Fe粉加浓硫酸进行还原溶解，最后高酸溶解；得到的物质进行固液分离后采用试剂沉淀深度除碱土金属杂质。在分离过程中使用P204和P507萃取剂对相应金属进行萃取，提高了回收金属的纯度。但是在整个流程中，萃取剂的使用会产生大量有机废液，对环境造成较大的危害。

公开号为CN 105633500A的中国专利文献公开了一种利用回收锂离子电池材料制备三元正极材料前驱体的方法：用硫酸和双氧水溶解回收锂离子电池正极材料，得到浸出液，加入助滤剂并过滤去除杂质，而后加入镍硫酸盐、钴硫酸盐和锰硫酸盐并调整镍、钴、锰的摩尔比为0.4～0.6∶0.1～0.3∶0.2～0.4，得到相应溶液，向该溶液中加入络合沉淀剂并调节溶液的pH得到镍钴锰三元材料前驱体沉淀，将其洗涤并干燥得到三元正极材料前驱体。此专利利用了沉淀法制备了相应的三元正极材料前驱体，但是对于剩余含锂液并未提出有效的解决措施，在后续的正极材料制备过程中仍需要锂盐的加入；同时，该方法对于采用沉淀过滤法除杂，并未有效利用其中的金属元素。

综上所述，本领域急需开发一套可以有效处理失效锂离子电池并且可以以废旧锂离子电池为原料一步制备高性能铝掺杂镍钴锰四元正极材料的流程。

发明内容