[发明专利]锂离子电池回收方法

说明书

提供了一种回收锂离子电池的方法，包括：将锂离子电池切碎，并且将残渣浸入有机溶剂中；将切碎的电池残渣进料到干燥机中，产生气态有机相和干燥的电池残渣；将干燥电池残渣进料到磁力分离器，去除磁性颗粒；研磨非磁性电池残渣；将细颗粒和酸混合，产生金属氧化物浆料并且浸出所述金属氧化物浆料；过滤浸出液，除去不可浸出的金属；将浸出液进料到硫化物沉淀槽；中和浸出液；将浸出液与有机萃取溶剂混合；使用溶剂萃取和电解从浸出液中分离钴和锰；从水相中结晶出硫酸钠；向液体中加入碳酸钠并且加热碳酸钠和液体，产生碳酸锂沉淀；和干燥并回收碳酸锂。

技术领域

提供了一种回收锂离子电池的方法。

背景技术

当今，大多数锂离子电池的回收方式都具有巨大的环境印记(footprint)，并且无法回收许多有价值的材料。预计用于制造锂离子电池的材料(例如锂和钴)将在不久的将来受到威胁，并且必须使用这些材料的替代来源以确保锂离子电池的成本可承受。为了获得使用电动汽车的正面环境影响，回收也是必不可少的，因为电池组件的原材料开采具有很大的环境负担。

一些电池回收商注重于破碎后电池不同组件的机械和物理分离，例如外壳、集电器和电极材料。这些过程通常涉及在受控的惰性气氛下破碎电池。然后将破碎的材料通过筛分、空气和磁力分离进行分离，然后送至其它设施进行进一步加工。这些类型几乎无法提供生产增值组件的方式，并且主要用于消除处理整个废旧电池对环境的影响。

火法冶金工艺(pryometallurgical)可用于分离废旧锂离子电池的不同元素。通过在高温下加热有机物和聚合物，将组件燃烧。较重的金属(例如钴、铜和镍)被熔化成合金，而其它元素最终变成炉渣。金属合金被出售给金属冶炼厂进行分离。重要的是，锂会损失在这些过程的炉渣中，并且无法回收和出售。出售的合金占分离出的纯金属价值的一部分。

机械处理后通常使用湿法冶金工艺(hydrometallurgical)来分离和纯化阴极中包含的不同金属。这些工艺通常包括浸出(leaching)步骤以将金属氧化物溶解到水溶液中，以及不同的沉淀和分离步骤以得到相对纯净的金属。这些类型的工艺仍在开发中，并且由于诸如液氮浸渍等步骤或使用大量化学药品而操作昂贵。另外，通常很少考虑处理液体废物。

当前没有大规模的工业方法可以处理数量不断增长的废旧锂离子电池。即使是较小的中试工厂，也仍处于研发阶段，无法处理所有不同的电池组成并以经济的方式纯化增值元素。

因此，仍然需要提供一种可以经济地处理所有类型的废旧锂离子电池的方法。

发明内容

根据本公开，提供了一种回收锂离子电池的方法，包含以下步骤：将锂离子电池切碎，将残渣浸入有机溶剂中以安全地将电池放电，并且产生切碎的电池残渣以及包含有机化合物和六氟磷酸锂的液体；将切碎的电池残渣进料到干燥机中，产生气态有机相和干燥的电池残渣；将包含磁性和非磁性电池残渣的干燥电池残渣进料到磁力分离器，从干燥电池残渣中去除磁性颗粒；将非磁性电池残渣研磨至约0.1-10毫米的粒度，产生的粒度分布包含上部范围(包含塑料)以及中低范围的细颗粒，其包含铝、铜、金属和石墨；将所述细颗粒和酸混合，产生浆料，并浸出金属氧化物浆料，产生包含金属硫酸盐和不可浸出材料的浸出液(leachate)；过滤浸出液以从浸出液中除去不可浸出的材料；将浸出液进料到硫化物沉淀槽中，从所述浸出液中去除离子铜杂质；在pH 3.5至5下将所述浸出液中和，从所述浸出液中去除剩余的铁和铝；将所述浸出液与有机萃取溶剂混合，产生含有锂、钠和镍的水相，以及含有钴、锰和剩余镍的有机相；从含锂的水相中结晶出硫酸钠，产生含有锂和硫酸钠晶体的液体；向所述液体中加入碳酸钠并且加热碳酸钠和液体，产生碳酸锂沉淀；和干燥并回收碳酸锂。

在一个实施方式中，所述有机溶剂是脂肪族碳酸酯。

在进一步的实施方式中，将所述有机溶剂保持低于40℃的温度下。