[发明专利]一种从报废锂电池中回收锂的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于金属离子分离处理技术领域，尤其涉及一种从报废锂电池中回收锂的装置和方法。

背景技术

随着科技的发展，电子产品已经渗透到人们生活的每个角落。由于锂离子电池与镉镍电池、氢镍电池相比，具有体积小、质量轻、工作电压高、体积和质量比能量高、无记忆效应、 自放电小、工作温度范围宽、寿命长等优点已经主导了小型便携式电子产品市场。例如：通讯电话、摄像机、便携式笔记本等。随着社会不断发展，气候、能源和环境问题的出现，锂离子电池已经广泛应用于电动车领域。

2013年，我国电池制造业主要产品中，锂离子电池已累计完成产量42.36亿只，累计同比增长14.1%。2014年，中国生产了54.3亿只锂离子电池，年复合增长率在40%左右，约占全球总产量的70%。在2015年达到56亿只，同比增长3.13%。电容方面，2015年，国内动力锂离子电池总产量增加到15.7GWh，是2014年产量的3倍。而锂离子电池使用寿命一般在 3～5 年，因此每年都会有大量废旧锂离子电池出现。如果处理不当，它会对环境和人类健康造成一系列危害。此外，由于锂离子电池正极材料多为过渡金属氧化物，如 LiFePO₄、LiCoO₂、Li[Ni_xCo_1－2xMn_x]O₂等，其中含有贵重和稀缺金属比如钴、镍、锂等。经测定，报废锂离子电池中钴、锂、铜、铝、铁含量分别为23.18%、3.39%、2.90%、0.94%、0.32%。因此，对废旧锂离子电池进行无害化处理及对其中的金属进行资源化回收再利用意义重大。

目前，回收废旧锂离子电池主要有以下三种方法：火法冶金法、湿法冶金法、生物浸出法。火法冶金法，即直接采用高温处理破除金属外壳，使用浮选、沉淀等方法得到金属化合物。此过程工艺较简单，但能耗高，也会产生大量废气，所以需要有严格的空气过滤标准。湿法冶金法是先使用机械方法破除电池金属外壳，后采取浸取、沉淀、离子交换、吸附等方法得到金属化合物，其回收得到的金属纯净度较高，能耗低，是较广泛应用的分离回收金属离子的方法，但是其工艺复杂。生物浸出法由于具有高的效率、低的成本、少的工业需求、对环境友好等优点正逐渐取代湿法冶金法，但是此方法花费时间较长，细菌较难培养。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提出一种新型的报废锂离子电池回收处理方法及装置，设计一种分离钴离子（Co²⁺）、铜离子（Cu²⁺）、铝离子（Al³⁺）、铁离子（Fe³⁺）等高价金属离子和锂离子(Li⁺)的分离膜装置，该装置只需要百微米级孔径要求，减少操作压力和制造难度，从而降低了分离成本并有助于产业推广。

为实现上述目的，本发明的技术方案是包括有分离膜，该分离膜上设置有多道相互取向一致的微米通道，该微米通道的直径为10-100um，所述的分离膜的一侧设置有与微米通道的入口端相通的原液区，原液区内设置有报废锂电池的电解液，该分离膜的另一侧设置有与微米通道的出口端相连的分离区，所述的微米通道的内壁上设置有一段阴离子交换膜, 该离子交换膜的外表面与微米通道的内腔相连通，该分离膜相对于离子交换膜的内表面内侧连通设置有缓冲液通道，所述的分离膜的相对于原液区的一侧设置有第一电极(V1)，分离膜的相对于分离区的一侧设置有第二电极(V2)，该第一电极和第二电极用于产生覆盖于微米通道方向驱动所需分离的离子从分离区向原液区运动的第一场强，所述的离子交换膜上设置有第三电极(V3)，该第三电极的电势根据具体的待分离离子独立可调设置。

进一步设置是所述的第三电极外连接有用于调节第三电极电势的可调电压源。