[发明专利]锂离子电池铝材料碱溶及其循环利用方法和专用设备

说明书

技术领域

本发明涉及到节能环保的技术领域，尤其涉及到一种废锂离子电池的处理方法和专用设备。

背景技术

新能源汽车的爆发带动动力电池需求快速增长，到2020年动力锂电池的需求量将达到125 GWh，报废量将达32.2 GWh，约50万吨；到2023年，报废量将达到101 GWh，约116万吨。规模庞大的动力锂电市场伴生的将是锂电池回收和下游梯次利用的行业机遇，发展锂电池回收和梯次利用在避免资源浪费和环境污染的同时也将产生可观的经济效益和投资机会。

在对废锂离子电池进行了放电、拆解等预处理之后，根据回收过程中所采用的主要关键技术，可以将废锂电池的资源化处理过程分为火法和湿法这两大类。

火法，即直接采用高温处理的方法破除塑料外壳和金属外壳，而后使用浮选、沉淀等方法得到金属化合物。此方法工艺相对简单，但也存在热处理能耗较高，电解液和电极中其他成分通过燃烧转变为二氧化碳等气体及其他有害成分（如五氧化二磷等），会造成二次污染。

湿法，对锂离子电池进行放电、粉碎后，获得粒状的锂离子电池废料，再使用碱溶液对电池正极集流体和铝壳进行溶解，使正极集流体与正极活性物质分离；通过调节pH值获得氢氧化铝沉淀。此方法正极活性物质与正极集流体分离完全，操作条件温和，并且收集的氢氧化铝纯度高，成为目前国内外研究者广泛采用的方法。废旧锂离子电池浸出时所用的浸出剂通常是碱液，如KOH或NaOH。湿法回收过程中随着正极集流体的不断溶解，溶液中碱浓度在不断降低，若碱溶液无法得到适当的补充，使正极集流体的溶解速率逐渐降低。此外在沉淀分离过程中废旧锂离子电池的湿法回收技术都是关注于氢氧化铝的分离回收，忽略了其中的过量碱溶液在工艺过程中的循环利用，造成了环境的二次污染和资源的浪费。

2009年唐新村等人的专利《一种高效回收废旧锂电池中正极活性材料的方法》中使用2-4%的NaOH溶液筛上部分的铜箔和铝箔，然后过滤，从滤液中以氢氧化铝的形式回收铝，回收过程也没有对过量氢氧化钠进行循环利用。

2012年刘更好等人在文章《废旧锂离子电池中铝资源回收工艺研究》中考察不同氢氧化钠用量、液固比及浸出段数对铝浸出率的影响，其小时溶解率为93.5%，且没有提出过量氢氧化钠的循环利用方法。

2013年张永祥等人的专利《一种从废旧锂离子电池中分离回收锂的方法》中使用氢氧化钠溶解粉碎后的锂离子电池正极集流体，得到的溶液经调整pH值沉淀氢氧化铝后，对所获滤液专利没有涉及循环利用方法。

上述现有技术均存在锂离子电池湿法回收存在的溶解效率低，设备自动化程度不高，碱液挥发对环境和生产人员的身体健康造成的危害，含有碱溶液的滤液无法得到合理利用等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的上述不足提供了一种可以提高铝小时溶解率的锂离子电池铝材料碱溶及其循环利用方法，本发明采用自动补碱、自动控温和自动沉淀系统，有效提高铝小时溶解率，减少碱液挥发对环境和生产人员的身体健康造成的危害；此外还建立了沉淀氢氧化铝后的硫酸盐滤清液经管路输送回碱浸槽，对滤液中过量的碱溶液进行再利用的工艺，实现碱浸过程的少排放，甚至零排放。

本发明的目的还在于提供上述锂离子电池铝材料碱溶及其循环利用方法的专用设备。

本发明的技术方案在于步骤如下：步骤一）将盛装锂离子电池粉碎颗粒废料的转运盒浸入碱溶槽，溶解锂离子电池粉碎颗粒废料中的正极集流体铝箔和铝壳，所述的碱溶液浓度是20-40g/L，溶解温度是45-60℃，溶解时间是20-60分钟；步骤二）将碱溶槽中溶解了正极集流体的碱溶液，经碱液泵泵至沉淀槽，向沉淀槽中加入硫酸溶液，所述硫酸溶液浓度为2-3mol/L，调整碱溶液pH值至7-11，沉淀氢氧化铝；步骤三）将含有絮状氢氧化铝沉淀的碱溶液通过压滤机分离，分别获得氢氧化铝和含硫酸盐的滤清液；步骤四）含硫酸盐滤清液泵至调整槽，向调整槽中补充70-100g/L的浓碱液后，泵入碱液储备槽以备步骤一使用。

本发明步骤一中所述的碱溶液的溶质是碱类物质，如：氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化钙中的一种或其中几种的混合物。

发明步骤一中所述的锂离子电池铝材料是含铝的合金或纯铝的锂离子电池铝壳和正极集流体铝箔中的一种或其中几种的混合物。

本发明步骤一中所述的转运盒为不锈钢材质，如314或316材质。

本发明步骤四中所述的向硫酸盐滤清液中补充的浓碱液与原碱溶液应是同种物质，补充后的混合碱液浓度为60-120 g/L。