[发明专利]用于从锂二次电池废料中回收有价值金属的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于从在锂二次电池制造过程期间产生的多种废料中或从废电池中回收有价值金属(例如钴、镍、锰和锂)的经济方法。

背景技术

锂二次电池由于其高工作电压、改进的充放电循环及其对小型化的适应性而广泛用作通讯和信息设备(例如手机、笔记本电脑和数码相机)的电源。另外，预计预期的电动汽车大规模商业化对锂二次电池的需求快速增加。

容易合成并具有诸如高可逆性、低自放电率、高容量和高能量密度的期望特征的LiCoO₂通常用作锂二次电池的阴极活性材料。然而，出于减少使用的高价Co的量的目的，含有等当量的Co、Ni和Mn的锂盐(即，基于三元素的锂金属氧化物)目前用作阴极活性材料。将在其上形成有含锂盐涂层的铝箔用作阴极，其中使用锂盐、粘合剂和溶剂的混合物形成涂层。

除了Co之外，Ni、Mn和Li也是有价值的、相对昂贵的金属，并且已经有对用于回收此类金属的经济可行方法的积极研究。通常通过以下方法回收这些金属：采用无机酸处理废料(包含有价值金属如Co、Ni、Mn和Li，杂质如Al、Fe和Cu，和碳的组合物，在下文中称为“废粉末(scrap powder)”)；从所得浸提溶液中移除杂质；以及采用适当的有机溶剂提取在所得浸提溶液中存在的每种有价值金属以选择性分离每种金属组分。

例如，韩国专利申请2009-87801公开了通过在浸提过程使用多种高浓酸改进待回收的金属的浸提率的方法。然而，此类常规方法具有如下问题：由于在浸提溶液中存在过量的酸，所以在纯化和溶剂提取过程中需要大量的昂贵的中和剂。

发明内容

因此，本发明的一个主要目的是提供一种用于从在锂二次电池制造过程期间产生的多种废料中或从废电池中回收高纯度有价值金属(例如钴、镍、锰和锂)的经济的方法。

根据本发明的一个方面，提供一种用于回收有价值金属的方法，所述方法包括：

液相浸提含有Co、Ni、Mn和Li的废粉末，以及纯化和溶剂提取所得浸提溶液以回收所述Co、Ni、Mn和Li中的每一种，其中使用无机酸溶液、或者无机酸和过氧化氢的混合溶液通过两步逆流浸提进行液相浸提。

附图说明

从本发明的描述结合以下附图，本发明的上述以及其他目的和特性将变得显而易见，所述附图各自示出：

图1：示出本发明的两步逆流浸提过程的一个实施方案的示意图；

图2：使用D2EHPA(二-2-乙基己基磷酸)提取剂从含有Li、Mn、Co和Ni的经纯化浸提溶液中回收Mn的多步逆流提取过程的示意图；

图3：使用CYANEX 272(双(2，4，4-三甲基戊基)次膦酸)提取剂从在Mn提取后获得的含有Li、Co和Ni的溶液中回收Co的多步逆流提取过程的示意图；以及

图4：使用VS-10(新癸酸)提取剂从在Co提取后获得的含有Li和Ni的溶液中回收Ni的多步逆流提取过程的示意图。

具体实施方式

本发明的用于回收有价值金属的方法的特征在于包括以下步骤：液相浸提含有Co、Ni、Mn和Li的废粉末，以及纯化(第一纯化)和溶剂提取(第二纯化)所得浸提溶液以回收所述Co、Ni、Mn和Li中的每一种，其中液相浸提是使用无机酸溶液、或者无机酸和过氧化氢的混合溶液的两步逆流浸提。

本文中使用的术语“废粉末”意指通过采用常规方法处理在锂二次电池的制造过程期间产生的或来自用过的锂二次电池废料的多种废料(即，多种类型的废弃物、冻胶辊(jelly roll)、料浆、废电池等)所获得的粉末。用于将收集的固体废料例如废弃物转化成其粉末的处理方法的一个实施方案如下：将固体废料切成适当尺寸的粉末，所述粉末首先被分配并煅烧以使电极活性材料与集电体分离，并且以使其他有机物质和隔板(separator)挥发。之后，将所得煅烧固体进行第二分配并通过特定重力分拣、磁性分拣等的组合进行分拣以得到期望的废粉末。

如此获得的废粉末必然含有包括Co、Ni、Mn和Li在内的有价值金属并且还包含诸如Al、Fe、Cu的杂质，以及碳，但是其组成随着处理的废弃物的性质而差别很大。例如，在根据本发明的工作实施例中使用的是如下废粉末，按粉末的总量计，所述废粉末含有1～10重量份的Li、5～30重量份的Mn、5～45重量份的Co、5～30重量份的Ni、0.5～5重量份的Fe、0.5～5重量份的Cu和0.5～5重量份的Al。