[发明专利]一种以废旧锂电池为原料逆向回收制备镍钴酸锂工艺

说明书

技术领域

本发明属于废旧锂电池回收领域，特别涉及一种以废旧锂电池为原料逆向回收制备镍钴酸锂工艺。

背景技术

随着数码产品和电动车的不断发展，人们对电池的需求日益增加。锂离子电池是一种可供选择的环保型二次电池之一，广泛应用于手机、数码相机以及电动车等领域，市场需求量很大。锂离子电池在使用过程中是环保的，但在不久的将来，当电池使用寿命终止后，会进入报废阶段，如何处理废旧的锂离子电池将成为新的环保问题。

废旧锂离子电池正极材料可以回收利用，做成金属粉、金属氧化物、化工盐等，但最佳的回收方法是通过逆向回收工艺，制备成电池材料，实现资源化利用。

镍钴酸锂，分子式可表示为LiNi_xCo_1-xO₂，属于六方晶系，呈层状结构。层状结构为锂离子提供了可供迁移的二维隧道，在晶体结构中，Li-O键具有离子键的特点，能够在一定条件下层状结构中嵌脱。锂离子的迁移能力影响着锂离子电池的放电能力。目前研究最多的是具有氧空位的锂离子电池正极材料，以提高锂离子在正极材料晶体结构中的迁移能力。我国报道的具有氧空位的镍钴酸锂专利不多，但已报道一些具有氧空位的磷酸铁锂专利。例如，中国专利CN100377392C公开了一种用于二次锂电池的含氧空位的磷酸铁锂正极材料LiFe_1-xM_xPO_4-yN_z，其中M为Li、Na、K、Ag、Cu。其采用在LiFePO₄中引入N元素取代O的位置或在Fe位用一价离子取代的办法，在一定程度上提高了LiFePO4材料的电子电导和离子电导性能；中国专利CN1328808C提供了一种用于二次锂电池的氮磷酸盐的正极材料Li_xA_aM_mB_bPO_zN_n，通过对LiMPO₄中Li位和/或M位单一位置或双位置的掺杂，进一步提高了材料的电子电导率和锂离子的电导率。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种以废旧锂电池为原料逆向回收制备镍钴酸锂工艺。本发明旨在提供一种通过逆向回收废旧锂电池，制备镍钴酸锂电池正极材料的制备方法，达到资源化利用的效果。

本发明的再一目的在于提供上述制备工艺获得的镍钴酸锂产品。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种以废旧锂电池为原料逆向回收制备镍钴酸锂的工艺，包括以下步骤：

（1）取废旧锂离子电池的电池正极片进行预处理获得正极粉；

（2）将步骤（1）所得正极粉溶于无机酸中，正极粉与无机酸的质量体积比为（1-5）g：10mL，除杂，得到含有镍和钴的混合酸液，检测镍和钴离子的浓度；

（3）往所述混合溶液中加入镍源或钴源，调节混合溶液中镍和钴的摩尔浓度比为（0.5-2）﹕1；

（4）加入沉淀剂，沉淀剂浓度与金属离子总浓度的比例为（2-3）﹕1；使镍钴氢氧化物沉淀，蒸发结晶后，得到镍钴酸锂前驱体；

（5）加入锂源，使镍钴酸锂前驱体与锂源的质量比为（3-5）:1，镍钴酸锂前驱体与锂源混合均匀，然后在800℃下煅烧10h，自然冷却至室温后，研磨至40目，得到镍钴酸锂初级产品；

（6）将步骤（5）制备的镍钴酸锂初级产品置于氧化铝坩埚中，加入60目的还原性金属粉，然后送入二氧化硅管，在200℃下恒温3-5小时，自然冷却至室温后，再经过40目筛网筛分，筛下物为镍钴酸锂产品，分子式为LiNi_xCo_1-xO_2-y，其中0.33≤x≤0.67，0.05≤y≤0.5。

步骤（1）所述的预处理，是将电池单体拆解，取出正极片，再将正极片粉碎，在空气中温度为400-450℃条件下热解，采用60目的标准筛在振动下进行筛分，使正极粉与其他材料物理分离；

步骤（2）所述的无机酸为盐酸、硝酸和硫酸中的一种；所用盐酸、硝酸和硫酸的优选浓度为1-10mol/L。

步骤（2）所述的除杂，是通过萃取方式提纯，得到只含有镍、钴两种金属元素的酸溶液；具体操作为，将溶解正极粉的无机酸溶液，过滤除去不溶物，控制滤液pH为2，加入2倍无机酸溶液体积的萃取剂，平衡时间为15min，再用萃取剂1/2体积的无机酸反萃取，平衡时间为15min，得到含有镍和钴的混合酸液；