[发明专利]一种三元正极废料的碳还原焙烧回收方法

说明书

本发明公开了一种三元正极废料的碳还原焙烧回收方法，属于废料回收领域。该方法以碳还原焙烧、水浸、酸浸等多种步骤结合，可将三元正极废料尤其是内含的有价金属进行有效提取回收及再利用，同时制备出高纯度、高质量的球形三元材料前驱体及可直接作为锂离子电池电解液原料使用的LiPF₆有机溶液；所述方法实施成本低，对环境友好，操作步骤简单，可实现工业化规模生产。本发明还公开了所述方法制备的三元材料前驱体和高纯度LiPF₆有机溶液。本发明还公开了所述方法在在废、旧电池材料的回收利用中的应用。

技术领域

本发明涉及废料回收领域，具体涉及一种三元正极废料的碳还原焙烧回收方法。

背景技术

近年来，锂离子电池(lithium ion batteries，LIBs)使用量持续增高，预计到2025年，废旧LIBs的报废量将达到97.7GW·h，若大量报废的LIBs得不到合理处理，将对环境产生巨大危害。LIBs的极片中含有Ni、Co、Mn和Li等多种有价金属，回收LIBs对于解决环境污染以及金属资源相对匮乏问题都具有重大意义。

通过对废旧三元锂离子电池进行资源化回收利用，可以获得有价金属或直接制备电池材料。为了提高物料的有效回收率，通常采用预处理的方法来分离LIBs正极极片中的集流体和正极活性材料，实现物料的有效分离及进一步的后处理；然后采用冶金处理的方法(包括高温冶金和湿法冶金处理工艺)从正极活性材料中提取金属和分离杂质，最终结合材料合成的方法制备得到电池材料或化合物。然而，在现阶段的研究中，高温冶金过程面临着物料损耗大、能耗高、环境不友好等问题；湿法冶金过程存在酸耗大、除杂效率低、工艺流程长等问题。

正极材料的再生过程、回收成本以及再合成材料的性能是限制其应用的重要因素。这些年针对三元正极材料废粉回收锂研发了一系列新工艺，如非传统浸出剂选择性浸出、电化学脱嵌法、转化焙烧—水浸和还原焙烧—水/碳酸浸锂等。其中，还原焙烧—水浸工艺简单、环境友好、易于工业实施，已得到小规模的工业化应用。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种三元正极废料的碳还原焙烧回收方法，该方法以碳还原焙烧、水浸、酸浸等多种步骤结合，可将三元正极废料尤其是内含的有价金属进行有效提取回收及再利用，同时制备出高纯度、高质量的球形三元材料前驱体及可直接作为锂离子电池电解液原料使用的LiPF₆有机溶液；所述方法实施成本低，对环境友好，操作步骤简单，可实现工业化规模生产。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种三元正极废料的碳还原焙烧回收方法，包括以下步骤：

(1)将三元正极废料磨碎成粉，加入碳粉混合均匀后在550～650℃下进行焙烧还原，得焙烧物A；

(2)将焙烧物A置入水中充分反应，随后过滤，得过滤物B和浸出液C；所述焙烧物A与水的固液比为1g：(150～200)mL；

(3)在浸出液C中加入石灰乳并加热至混合液沸腾，混合均匀，浓缩结晶，得高纯度氢氧化锂；所述浸出液C与石灰乳的固液比为1g：(110～130)mL；

(4)在过滤物B中加入硫酸的水溶液混合均匀并加热反应，待反应完成后过滤，得滤液D；

(5)将滤液D加入氨水调节至pH＝8～10，随后加入NaPF₆混合均匀并充分反应，待反应完成后经过滤、洗涤、干燥，所得固体在130～180℃下焙烧，得焙烧物E；所述滤液D中镍、钴、锰三种元素总和与NaPF₆的摩尔比为1:(1～1.15)；