[发明专利]采用多层电极结构同时回收锂离子电池正极和负极的方法

说明书

本发明提供了一种采用多层电极结构同时回收锂离子电池正极和负极的方法，包括以下步骤：将导电耐酸材料包夹锂离子电池正极材料，作为电极体系的阴极；将导电耐酸材料包夹锂离子电池负极材料，作为电极体系的阳极；在电极体系中加入硫酸溶液；反应之后进行固液分离。本发明的方法无需对锂离子电池正极和负极进行粉碎、超声波振荡、焙烧、筛分、分选、磁选、一次研磨、正极材料分选、二次研磨等一系列预处理操作。与传统的电化学还原回收退役锂离子电池正极的方法相比，本发明的方法经济性更高、槽压更低、效果更好、且能够实现正、负极材料的同时回收。

技术领域

本发明涉及危险固体废弃物回收领域，具体涉及采用多层电极结构同时回收锂离子电池正极和负极的方法。

背景技术

锂离子电池是一种广泛使用的清洁能源存储器件。随着近几年新能源汽车产业的发展，我国现在已经产生了大量的退役或废旧锂离子电池，而且未来随着电动汽车的普及，退役或废旧锂电池的数量必然会越来越多。预计到2023年，锂离子电池的年报废量将达到101GWh，约116万吨/年。退役或废旧锂电池中含有大量的重金属元素和有毒有害物质，若是处置不当会对自然环境和人类身体健康造成极大威胁。因此，回收利用退役或废旧锂离子电池不仅对环境保护和可持续发展具有积极作用，还能缓解自然资源短缺的压力。

锂离子电池的负极活性物质为石墨，集流体材料为铜箔，正极活性物质主要是LiCoO₂、LiNi_xCO_yMn_zO₂(其中，x+y+z＝1)和LiMn₂O₄等，正极的集流体材料为铝箔。

目前，退役锂离子电池的回收方法分为干法、湿法和生物冶金三种。其中，湿法因为环境负担小，速度快，能够分离回收所有金属而广泛使用。传统的湿法冶金分为预处理、浸出、分离回收、再利用等四个步骤，其中预处理部分主要是退役锂离子电池的拆解、粉碎、筛分、分选、磁选、一次研磨、正极材料分选、二次研磨等一系列操作。后续的浸出则是在酸性或者碱性环境中在还原剂的作用下溶解其中的有价元素，或者通过电化学还原还原其中的高价态过渡金属实现浸出。但是，传统的电化学还原方法由于阳极反应为电氧化氢氧根或者氯离子等，造成槽压(或槽电压)过高，并且释放有毒气体。而且，传统的电还原方法只能回收退役锂离子电池的正极材料，不能够同时回收电池的正极材料和负极材料。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种从锂离子电池(例如，退役或废旧的锂离子电池)中同时回收正极材料、负极材料的方法。本发明的方法与传统的电化学还原回收退役锂离子电池正极的方法相比经济性更高，槽压(或槽电压)更低、效果更好、且能够实现正、负极材料的同时回收。本发明的方法是一种牺牲阳极(退役锂离子电池负极)的电化学氧化还原技术，可以实现同时回收退役锂离子电池正极有价金属(锂、钴、镍、锰)、负极中的碳粉及负极中的铜箔。根据本领域一般的理解，锂离子电池(例如，退役或废旧的锂离子电池)中含有锂、钴、镍、锰、铜。

本发明采用以下技术方案：

作为具体的实施方案，本申请提供了一种采用多层电极结构同时回收锂离子电池正极和负极的方法，包括以下步骤：

将导电耐酸材料包夹锂离子电池正极材料，例如将两层或更多层(例如三层、四层等等)导电耐酸材料包夹锂离子电池正极材料，作为电极体系的阴极；

将导电耐酸材料包夹锂离子电池负极材料，例如将两层或更多层(例如三层、四层等等)导电耐酸材料包夹锂离子电池负极材料，作为电极体系的阳极；

在电极体系中加入硫酸溶液；

反应之后进行固液分离，例如，反应结束后，将固液混合物抽滤或过滤分离，得到富含金属的浸取液和活性炭粉末。

可替代地，作为具体的实施方案，本申请提供了一种采用多层电极结构同时回收锂离子电池正极和负极的方法，包括以下步骤：