[发明专利]基于低共熔溶剂的废旧锂离子电池的钴酸锂闭环回收方法

说明书

本发明属于有价金属回收技术领域，公开了一种基于低共熔溶剂的废旧锂离子电池的钴酸锂闭环回收方法，采用氯化胆碱‑草酸体系的低共熔溶剂在不同温度不同时间下浸出钴酸锂粉末，稀释后测定其浓度；接着加入过量的去离子水，静置离心后，上清液蒸干水分循环利用，沉淀物干燥后退火形成Co₃O₄前驱体，进一步焙烧后得到再生钴酸锂材料。本发明的制备方法安全环保、生产成本低、设备资金投入少，在保证浸出效率高的同时，还具有溶剂易于循环利用、钴回收流程闭环的创新点。本发明构建了ChCl:OA DES还原强化浸出、钴离子草酸盐沉淀、氧化再生的绿色回收工艺；可通过添加去离子水实现钴沉淀分离和蒸发去离子水实现溶剂的可逆回收。

技术领域

本发明属于有价金属回收技术领域，尤其涉及一种基于低共熔溶剂的废旧锂离子电池的钴酸锂闭环回收方法。

背景技术

目前，近几十年来，可充电电池出现了爆炸式增长，其中锂离子电池(LIBs) 因其能量密度大、自放电率低、工作电压高、无记忆效应、充放电效率高等优势占据市场主导地位，广泛应用于移动电子产品、动力电池、储能材料等领域。 LIBs加速生产和寿命终结会转化为大量废物，对于废旧LIBs激增的高效回收技术是解决资源短缺和环境污染的必要条件。

废旧LIBs中含有锂、钴、镍等昂贵的战略资源，特别是钴，在地壳中的储量相对较低，恰当地回收利用可以缓解钴资源的供需压力。大部分废旧电池的可回收价值都在正极，常用提取金属的方法有火法冶金、湿法冶金、生物冶金、机械法或四种方法的结合。目前主流的工业化回收方法基于火法冶金工艺，但通常需要极度高温并不可避免地排放剧毒、腐蚀性气体。而湿法冶金工艺因其具有减少能源消耗和环境威胁的潜力而引起了广泛研究，其在较低温度下可以实现高纯度金属元素的提取和分离。然而，传统的无机酸湿法浸出虽有较高的浸出效率，但会引入严重的二次污染。相反，有机酸浸出更加环保，但相对较高的温度和腐蚀性试剂需要进一步改善。此外，为了沉淀分离溶解的金属离子，所加的沉淀剂使浸出剂难以循环利用。因此，同时实现绿色、高效、反应条件温和、闭环循环回收仍然具有挑战性。

近年来，低共熔溶剂(DESs)作为一种新型溶剂，具有低蒸汽压、热稳定性和化学稳定性高、可调性高、易于制备等特性，其对金属氧化物具有较高的溶解度。DESs是由两种或两种以上廉价、安全的成分通过氢键相互作用所形成的一系列共晶混合物，DESs中的氢键供体(HBD)可以作为氧受体，破坏金属化合物键，从而浸出有价金属。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：传统的无机酸湿法浸出会造成严重的二次污染，有机酸浸出方法相对较高的温度和腐蚀性试剂需要进一步改善。此外，为了沉淀分离溶解的金属离子，所加的沉淀剂使浸出剂难以循环利用。

解决以上问题及缺陷的难度：大量无机酸或有机酸会随同含酸废水排放，难以处理且工序复杂，所添加的试剂往往具有腐蚀性，对存放和实验操作的要求高。沉淀剂的加入会破坏原有浸出剂的纯度，引入的杂质难以有效根除，从而使浸出剂难以循环利用。

解决以上问题及缺陷的意义：一方面可以有效减轻水体及土壤的污染，省去了处理无机酸或有机酸的相关环节，在保证试剂绿色安全的同时，既节省了成本又简化了操作。另一方面沉淀剂可以很容易去除，不会影响原有浸出剂的纯度，满足了循环利用的要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于低共熔溶剂的废旧锂离子电池的钴酸锂闭环回收方法。

本发明是这样实现的，一种基于低共熔溶剂的废旧锂离子电池的钴酸锂闭环回收方法包括：

(1)将氯化胆碱-草酸低共熔溶剂定量混合，加热搅拌，配得透明液体；

(2)将钴酸锂粉末加入至配好的低共熔溶剂中；

(3)将步骤(2)所得的混合物用玻璃瓶装取，放入油浴锅中加热；

(4)将步骤(3)中的浸出液稀释，并进行离心，取上清液二次稀释，测出其浓度；