[发明专利]一种废旧三元锂离子电池正极材料中有价金属梯级分离的方法

说明书

本发明涉及二次资源回收利用和循环经济技术领域，尤其涉及电池材料回收领域，介绍了一种废旧三元锂离子电池正极材料中有价金属回收的方法。旨在保护环境并实现资源的回收再利用，所述方法包括以下步骤：将废旧三元电池拆解后，取正极极片洗涤，然后进行加热处理，分离正极活性材料和铝箔；将经过处理后的正极极片粉碎；再置于硫酸‑活性炭浸出体系中反应得到浸出液；在向所得浸出液中加入不同溶液进行分离，利用不同溶液对浸出液中各个重金属离子的选择性差异，依次分离提取出锂锰镍钴等元素，实现各有价金属元素梯级分离。本发明整体方法环保高效，所得到的有价金属杂质含量较低，能投入后续的生产使用当中，起到了良好的资源再利用效果。

技术领域

本发明属于二次资源回收利用和循环经济技术领域，尤其涉及一种废旧三元锂离子电池正极材料中有价金属梯级分离的方法。

背景技术

随着新能源汽车的普及以及新5G时代的到来，锂离子电池的需求量也越来越大，由于早期锂离子电池技术的不成熟、锂离子电池达到服役寿命以及锂离子电池生产技术的不断进步等一系列原因，大量的锂离子电池被淘汰，到2020年，全球锂离子电池报废数量达到250 亿只，重量高达50万吨。而这些废旧锂离子电池往往含有大量有价金属元素如锂、镍、钴、锰等。如果将废旧电池直接填埋，由于土壤的含水量比较大，一旦电池壳体出现破损会导致电池短路等现象，释放出来的大量热量也容易引起爆炸或火灾。同时电池中含有的重金属元素会从壳体破损处泄露进入环境中，污染土壤及地下水，将对大自然环境造成极大的破坏。并且由于大自然降解这些有价金属的能力有限，被污染过的土地不经过特殊处理，将会长时间无法使用。

因此，考虑到资源的不可再生和环境的可持续发展，对锂离子电池进行高效合理的回收迫在眉睫。废旧锂离子电池中含有许多有害物质如重金属、电解质，这将对环境和人类健康造成巨大危害。然而如果运用合适的方法回收这些有价金属，不仅能节约金属资源而且能产生可观的经济效益。所以，从资源节约和环境保护等方面出发，分离回收废旧三元锂离子电池正极材料中有价金属是非常重要的。

废旧三元锂离子电池回收通常包括预处理、浸出、分离或再生几个步骤，其中分离是废旧三元锂离子电池回收中的关键环节，也是目前废旧三元锂离子电池回收研究中的重点和难点。对于镍钴锰的分离，常用的是萃取和沉淀两种方法，但萃取的方法成本较高且萃取剂带有毒性，产生的废液较多且难以处理。因此，本方法使用步骤简单且成本较低的沉淀法来对三元废旧锂离子电池正极材料中的有价金属进行梯级分离。

发明内容

本发明首先提供了一种高效回收废旧三元锂电池的新思路，拟用活性炭代替常用的过氧化氢为还原剂，并选用硫酸为浸出剂，对废旧锂电池正极活性物质进行浸出。此方法工艺简单，能耗低，降低生产成本，反应较为温和。

本发明还主要提供了一种三元废旧锂离子电池正极材料中有价金属梯级分离技术，用上述方法进行浸出所得到的浸出液为反应原料液，利用不同溶液对浸出液中各个有价金属离子的选择性差异，实现各有价金属元素的梯级分离。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案如下：

一种废旧三元锂电池中有价金属梯级分离的方法，包括以下步骤：

(1)将废旧三元锂离子电池拆解后取正极极片洗涤，进行加热处理，分离正极活性材料和铝箔；

(2)将经过步骤(1)处理后的正极活性材料粉碎；再置于硫酸和活性炭浸出体系中反应得到浸出液；

(3)在步骤(2)所述的浸出液中加入不同溶液进行分离，利用不同溶液对浸出液中有价金属离子的选择性差异，依次分离提取出锂锰镍钴等元素，实现各有价金属元素梯级分离。

优选地，步骤(1)所述分离正极材料与铝箔的方法，拆解后的正极材料在马弗炉加热至 400-600℃，保温约60min，冷却至室温，利用去离子水浸泡并超声清洗20-30min后分离得到正极活性材料和铝箔。