[发明专利]一种熔盐电化学法回收锂电池正极材料中钴元素的方法

说明书

一种熔盐电化学法回收锂电池正极材料中钴元素的方法，属于过渡金属元素回收与再利用技术领域。该方法为：1)将锂电池进行放电拆解，将正极材料粉碎，加入浸出液，50～80℃搅拌10～60min，过滤；2)向滤液中滴加NaOH水溶液，pH为4.7～8时，过滤；向一次滤液中滴加NaOH水溶液，pH为9.2～10.0时，抽滤，得到沉淀，干燥、研磨，压片，灼烧，得到电极压片；3)用泡沫镍包裹氧化钴电极压片与钼丝连接为阴极，石墨棒与不锈钢丝连接为阳极；4)将熔盐原料加热至熔化温度，阴极和阳极插入熔盐中，施加电压，电解后，阴极取出，冷却，超声波振荡清洗，得到钴。采用本方法回收废旧锂电池正极材料中的钴元素具有低成本、高效，操作简单的优点。

技术领域

本发明涉及废旧锂电池中正极材料中过渡金属元素回收与再利用技术领域，具体涉及一种熔盐电化学法回收锂电池正极材料中钴元素的方法。

背景技术

与传统电池技术相比，锂电池充电更快，使用更持久，因此，锂离子电池的应用前景十分广阔。根据相关统计，移动电话使用的电池中锂离子电池至少占70％以上，2015年全球手机用户已经超过52亿，今后的用户数量还将继续扩大，而且随着平板电脑等高科技产品的问世和普及，锂离子电池的应用还将具有更大的潜在市场。另外电动汽车的保有量不断增加，对锂电池的需求还会持续增长。随着锂电池的大量使用，电池的回收刻不容缓。钴是构成锂电池正极材料的一种重要稀缺元素，对其进行高效回收利用不但可以避免资源的浪费，同时可以减少其对环境的污染及危害，符合可持续发展的要求。结合全球钴资源的储存情况，充分利用钴资源是电池可持续发展的必需。现有的在溶液中通过电解回收电池正极材料中的镍、锰、钴等金属元素的工艺方法，在实际操作时会产生大量含有重金属离子的废水，对环境造成污染，而在熔盐环境中实现电解则对环境更加友好。

发明内容

本发明的目的是提供一种熔盐电化学法回收锂电池正极材料中钴元素的方法，将通过回收电池制取的氧化钴与泡沫镍集流体包裹与钼丝连接制成阴极、石墨棒与不锈钢丝集流体连接制成阳极电解得到金属钴，在氯化物或者碳酸熔盐中，高温下(具体温度根据熔盐组成而定)，施加电压电解一段时间使氧化钴被还原得到金属钴，将构件提离熔盐冷却、水中超声波震荡清洗除去盐、吹干，实现在熔盐环境中电解、回收钴。采用本发明的方法回收废旧锂电池正极材料中的钴元素具有低成本、高效，操作简单的优点。

本发明的一种熔盐电化学法回收锂电池正极材料中钴元素的方法，按以下步骤进行：

步骤1：锂电池正极材料的溶解

(1)将锂电池进行放电处理后，进行拆解，分离得到锂电池正极材料和负极材料；

(2)将锂电池正极材料粉碎后，加入浸出液，在50～80℃恒温加热10～60min，同时伴随搅拌，得到浸出混合液；

其中，按固液比，锂电池正极材料：浸出液＝(0.5～1)g:(5～20)mL；

浸出液为摩尔浓度为2～6mol/L的H₂SO₄和体积百分数为20～40％的H₂O₂的混合水溶液，按体积比，摩尔浓度为2～6mol/L H₂SO₄：体积百分数为20～40％的H₂O₂＝(3～5):1；

(3)将浸出混合液进行过滤，得到滤液；

步骤2：氧化钴电极压片的制备

(1)向滤液中滴加摩尔浓度为1～3mol/L的NaOH水溶液，当pH值为4.7～8时，有Fe、Al形成的沉淀析出，过滤，去除Fe、Al形成的沉淀，得到一次滤液；

(2)向一次滤液中继续滴加摩尔浓度为1～3mol/L的NaOH水溶液，当pH值为9.2～10.0时，Co形成的沉淀析出，进行抽滤，得到Co(OH)₂沉淀；