[发明专利]一种利用水蒸气高效还原回收废旧锂电池的处置方法

说明书

本发明公开了一种利用水蒸气高效还原回收废旧锂电池的处置方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：A、将废旧锂离子电池电极活性材料颗粒进行水蒸气焙烧，水蒸气焙烧过程中发生碳的气化反应和金属氧化还原反应，碳的气化反应消耗石墨碳；金属氧化还原反应使有色金属化学价降低，以便后续有价金属的分离；焙烧过程中的气相产物直接收集；B、将焙烧过程中的固相产物进行湿法磁选，将钴、镍单质与碳酸锂及锰的氧化物分离开，使钴、镍单质得到回收；C、将碳酸锂及锰的氧化物进行过滤干燥，滤渣干燥后回收锰的氧化物，滤液蒸干后回收固体碳酸锂；本发明可广泛应用在汽车、能源、化工、环保等领域。

技术领域

本发明涉及废旧锂电池回收，具体涉及一种利用水蒸气高效还原回收废旧锂电池的处置方法。

背景技术

随着全球环境与能源危机的日益严峻，新能源技术中的化学电池行业迅猛发展，锂电池更是以其清洁高效、便携等优势迅速占领了市场。据调查显示，近年来锂离子电池市场呈指数上涨，预计2030年市场容量将达到800GWh。由于不可逆损失的存在，随着循环使用次数增加，电池的容量会逐渐降低直至失效和报废。因此考虑到有限的电池寿命以及巨大的市场规模，势必产生数量巨大的废弃锂离子电池。据不完全统计目前全球仅5％的废旧锂离子电池被回收利用。废旧锂离子电池含有大量的有价金属，如锂、镍和钴等，无论是从资源可持续性、经济效益和环境保护角度，回收废旧锂电池都是具有重要意义的。

目前，废旧锂离子电池回收处理技术主要分为火法和湿法两大类。火法冶金是指将废旧电池在高于其熔融点的温度下进行高温冶炼，通过合金的形式回收电池中的钴、镍金属，该方法流程简单、处理量大，但是此方法能耗高，且无法实现锂、锰等资源的回收。湿法冶金是指利用酸/碱/生物方法，将废旧电池中的有价金属浸出至溶液中，然后通过沉淀/萃取等方法实现分离，该方法产品纯度高，但流程复杂，需要消耗大量酸碱试剂，耗时长。

还原焙烧方法是一种以火法为主，湿法为辅的废旧锂离子电池新兴的回收处理技术，该技术先于低于电极熔融点的温度下对锂电池进行热处理，利用碳的还原性将电池正极材料(LiNi_XCo_YMn_1-X-YO₂/LiCoO₂/LiMnO₂等)转化为金属单质或金属氧化物，再将还原焙烧产物利用酸浸或物理方法分离，整个过程低酸耗或无酸耗。还原焙烧方法兼具火法及湿法的优势，能同时降低能耗和酸耗，实现废旧锂离子电池的回收，是一种极具有前景的处理方法。但是这种方法仍然存在一定局限性，由于负极石墨碳材料仅参与碳热还原反应，在反应过程中其含量往往是过量的。而过量的碳势必会加大后处理设备的负荷及试剂耗量。通常为了解决这一问题，需将正负极比例进行适当调配，但是这样增加了正负极材料分选及混合流程，加大人工成本和难度。

因此，本发明提出了一种利用水蒸气高效还原回收废旧锂电池的处置方法，通过引入水蒸气气氛，将电池正极材料转化为金属单质及金属氧化物进行回收，同时达到电池负极材料的减量化处理及高附加值产品转化效果，从而实现电池全组分的回收减量处理。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种利用水蒸气高效还原回收废旧锂电池的处置方法。

本发明的技术方案是，一种利用水蒸气高效还原回收废旧锂电池的处置方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、将废旧锂离子电池电极活性材料颗粒进行水蒸气焙烧，水蒸气焙烧过程中发生碳的气化反应和金属氧化还原反应，碳的气化反应消耗石墨碳，达到碳的减量及资源化效果；金属氧化还原反应使有色金属化学价降低，以便后续有价金属分离；焙烧过程中的气相产物直接由集气装置收集；

B、将焙烧过程中的固相产物进行湿法磁选，将钴、镍单质与碳酸锂及锰的氧化物分离开，使钴、镍单质得到回收；

C、将碳酸锂及锰的氧化物进行过滤干燥，以蒸发水分获得纯净干燥的固体产物；滤渣干燥后回收锰的氧化物，滤液蒸干后回收固体碳酸锂。