[发明专利]一种用于回收锂电池的方法

说明书

本发明涉及一种用于回收锂电池的方法，包括以下步骤：(a)使用浓硫酸(12)在至少100℃，特别地至少140℃的分解温度(T_A)分解含有锂电池的电极的磨碎组分的磨碎材料(10)，从而产生废气(14)和分解材料(16)；(b)排放废气(14)；和(c)湿法化学提取分解材料(16)的至少一种金属组分。

技术领域

本发明涉及一种用于回收锂电池的方法。根据第二方面，本发明涉及一种用于处理锂电池的回收设备。

背景技术

锂电池是通过基于锂的电化学反应存储电能的电池。锂电池用途广泛。锂电池的回收利用仍然存在问题。目前还不可能将电极中所含的石墨回收到可以重新用于生产锂电池的质量。锂的回收也带来了问题。此外，锂电池中可能存在的钴、镍和锰的回收通常只能达到一定的质量，因此在新的锂电池中使用它们在经济上是不可能的。当整体考虑时，在电池单元方面，已知回收方法的材料回收效率低于50重量％。

US 2004/0028585 A1描述了一种用于从锂金属-聚合物电池中回收钒的方法。根据一种变体，这涉及将粉碎材料与30％的稀硫酸混合。然后从所得水溶液中以五氧化二钒的形式获得钒。因此，这种方法只有在粉碎材料中的钒含量足够高时才是实用的。然而，例如在常用的锂离子电池中，情况并非如此。此外，其他金属组分，如钴、镍和锰，提取起来相当困难。出于多种原因，包括安全原因，不建议使用浓硫酸。

US 2017/0077564 A1描述了一种用于回收锂离子电池的方法，其中用稀硫酸和过氧化氢水溶液浸出粉碎材料。这种方法的缺点是要达到最高的回收率非常复杂。

Nayl等人在Ara-bian Journal of Chemistry,2017,10,S3632-S3639的题为“Acid leaching of mixed spent Li-ion batteries”的文章也描述了一种锂电池的浸出方法，其中使用稀硫酸和过氧化氢。已经发现，浸出程度最初随着硫酸浓度的增加而增加，然后从3M开始下降。最高检测浓度为4M。

发明内容

本发明旨在提高锂电池的回收率。

本发明通过一种用于回收锂电池的方法解决了所述问题，所述方法包括步骤：(a)利用硫酸，特别是浓硫酸，消化含有锂电池电极的粉碎组分的粉碎材料，从而产生废气和消化材料，(b)排放废气和(c)对消化材料的至少一种金属组分，特别地来自包含钴、锂、锰、镍和钛的列表中的至少一种金属组分(优选两种、三种、四种或更多种金属组分)进行湿法化学提取。

消化优选在至少100℃，优选至少120℃，特别优选至少140℃的消化温度进行。然而，消化温度也可能低于100℃。

根据第二方面，本发明通过用于处理锂电池，特别是用过的锂电池的回收设备解决了所述问题，所述回收设备具有：(a)反应器，其用于在至少100℃的消化温度用浓硫酸消化包含锂电池电极的粉碎组分的粉碎材料，(b)硫酸供应装置，其用于向粉碎材料中添加硫酸，以及(c)排放装置，其用于将废气排出反应器。特别地，排放装置被以防氟化氢的方式设计。换句话说，氟化氢不能逃逸到周围环境中。

本发明的优点是在使用硫酸消化粉碎材料期间可以完全去除粉碎材料中可能存在的任何氟化物，所述硫酸优选被浓缩。氟化合物会形成氟化氢，从职业安全的角度来看，这是非常成问题的。氟化氢也是高度腐蚀性的。通过用硫酸消化粉碎材料，从粉碎材料中去除了氟化物，从而可以在考虑较少的安全预防措施和较低的材料磨损程度的情况下进行工艺中的后续步骤。某些分离方法(如膜分离法、双极膜电渗析)不能在具有高氟水平的流体中进行；然而，这样的准备将使这成为可能。此外，不会出现由氟物质引起的杂质，因此粉碎材料中的其他组分一般都可以高纯度回收。

同样有利的是，电池石墨通常可以以使得其可以用于生产新电极的高纯度回收。