[发明专利]一种废旧电池正负极回收及其再利用的方法

说明书

本发明公开了一种不同电量废旧电池正负极回收及其再利用的方法。该方法包括：拆解废旧磷酸铁锂电池收集脱锂正极和嵌锂石墨负极，接着将嵌锂石墨置于去离子水中超声实现锂和石墨的回收，最后将回收的锂产品作为锂源与脱锂正极重新合成正极材料用于锂离子电池；除锂提锂后的废旧石墨作为锂离子电池负极材料回用或球磨后用于钠离子电池负极材料。本发明提供的方法有益于促进高效、低成本地实现废旧锂电池回收，具有一定的实际应用价值。

技术领域

本发明属于废旧锂电池回收利用领域，具体涉及一种废旧电池正负极回收及其再利用的方法。

背景技术

锂电池作为能量存储与转化的器件，在新能源领域占有很重要的地位。近年来，随着对生态环境的关注,许多国家在锂电池的应用与回收方面相继制定了很多积极的政策，使当今社会越来越重视锂电池的发展。锂离子电池自上世纪90年代由索尼公司首次推向商业化以来，因其具有储能密度高、无记忆效应、自放电率小、循环寿命长、体积小、污染少等优点，产业发展十分迅速，应用非常广泛，比如智能手机、笔记本电脑、数码相机、电动汽车以及航天领域等，若继续将锂电池产业升级化，就必然对锂电池生产与回收领域有更高的产业标准与要求，自2013年国家大力推广新能源汽车以来，国内使用新能源汽车的趋势每年增加，导致锂电池生产需求量也在迅速增加，故锂电池规模化回收问题越加突出。市场上的汽车锂电池的平均寿命为5～7年，据测算到2025年，预计将超过78万吨。而废弃锂电池中，Co、Li和Ni质量分数分别为5.0％～15.0％、2.0％～7.0％、0.5％～2.0％，还有Al、Cu和Fe等金属元素；从主要成分价值占比来看，阳极材料和阴极材料约占33％和10％，电解液和隔膜分别约占12％和30％左右。因此，将废旧锂电池所含的有价金属进行回收再利无疑是解决当前国内资源紧缺的有效途径。

为了解决废旧电池回收问题，通过各种物理和化学方法从废旧锂电池中回收有价值的金属，主要包括湿法冶金(使用大量的酸或碱或有机物)，火法冶金以及两种方法的结合使用。常规的回收方法中采用酸浸出各种有价元素，因锂元素的物理化学特性通常最后才能被提取出来，此过程中锂元素大量流失，滤液中杂质众多导致回收的锂化合物纯度低。与回收有价值的金属元素(例如Co和Ni)所取得的进展相比，对Li的选择性回收的关注相对较少。许开华等人将锂电池负极石墨作为阳极，以锂金属做阴极，六氟磷酸锂(浓度1mol/L)为电解液构成三电极系统，实验中石墨的锂离子迁出率为95.1％(许开华,张云河,叶建.一种回收锂电池负极材料中的锂的方法[P].湖北省：CN107069133B,2019-10-25)，可见通过锂电池废旧石墨回收锂元素具有一定可行性。另一方面，由于Li原材料(例如Li₂CO₃)的供应短缺和成本增加，因此对废旧锂电池回收再利用是解决该问题的有效方法。除选择性回收锂元素之外，在传统的回收途径中，对石墨负极的回收关注相对较少，常规填埋、焚烧等处理方式造成了严重资源浪费，石墨负极材料中含氟、磷等的有机化合物挥发也会危害环境。尽管锂电池负极所用的鳞片石墨自然储量丰富以及价格相对低廉，但鳞片石墨属于不可再生资源，随着石墨在各个领域(例如锂电池、冶金和其他能量存储系统)中的大量使用，它也已经被认为是最重要的战略材料之一。因此，综合资源回收再利用以及环境保护等因素考虑，有效回收废旧锂电池对可持续发展至关重要。

发明内容

针对现有回收工艺操作复杂、高污染、回收条件苛刻等问题，本发明在克服现有技术不足的基础上，提供了一种废旧电池正负极回收及其再利用的方法。

本发明提供的方法采用清洁环保的去离子水，在室温下超声将嵌锂石墨内部的锂元素选择性提取出来，提取率达到99.1％，提取后的锂作为锂源与脱锂正极材料重新合成磷酸铁锂正极材料；同时将提锂后的石墨重新用于锂离子电池或球磨后作为钠离子电池负极材料使用，实现了废旧锂电池的高效回收和再利用。

本发明目的其一，提供一种不同电量废旧电池回收锂、石墨和脱锂正极材料的方法。

本发明目的其二，提供一种高效、环保的水浸取方法，从嵌锂石墨中回收锂和石墨材料。