[发明专利]锂离子电池正极活性物质酸溶及其循环利用方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及到节能环保的技术领域，尤其涉及到一种废锂离子电池的处理方法和设备。

背景技术

锂离子电池广泛应用于各种消费类电子产品和电动汽车领域，导致锂和钴等金属的资源需求量迅速增加，探索合理的回收方法，实现对废旧锂离子电池回收及再利用是缓解资源紧张，消除环境污染的有效方法。

在对废锂离子电池进行了放电、拆解等预处理之后，根据回收过程中所采用的主要关键技术，可以将废锂电池的资源化处理过程分为火法和湿法这两大类。

火法，即直接采用高温处理的方法破除塑料外壳和金属外壳，而后使用浮选、沉淀等方法得到金属化合物。此方法工艺相对简单，但也存在热处理能耗较高，电解液和电极中其他成分通过燃烧转变为二氧化碳等气体及其他有害成分（如五氧化二磷等），会造成二次污染。

湿法，即先使用机械方法破除塑料、金属外壳，而后采用粉碎及筛选等工序获得粉状或粒状的锂离子电池废料，再使用酸浸出，使其中所含的锂、镍、钴、锰、铁等有价金属元素溶解于溶液中而获得对应的金属盐溶液，通过沉淀、离子交换、吸附等方法得到金属化合物，此方法对有价金属回收率较高，操作条件温和，并且对环境污染较小，成为目前国内外研究者广泛采用的方法。废旧锂离子电池浸出时所用的浸出剂通常是无机酸， 如HCl，HNO₃和H₂SO₄。湿法回收过程中随着正极活性物质的不断溶解，溶液中无机酸含量在不断降低，若酸溶液无法得到适当的补充，使正极活性物质的溶解速率逐渐降低。此外在沉淀分离过程中废旧锂离子电池的湿法回收技术都是关注于有价金属盐的分离回收，忽略了其中的过量无机酸溶液在工艺过程中的循环利用，造成了环境的二次污染和资源的浪费。

2001年Contestabile M.在文章《A laboratory-scale lithium-ion battery recycling process》中提出使用HCl溶解LiCoO₂，但并没有提出过量钠盐滤清液的循环利用方法。

2002年Castillo S.在文章《Advances in the recovering of spent lithium battery compounds》中使用HNO₃浸出Li⁺、Fe³⁺、Ni²⁺、Co²⁺和Mn³⁺离子，回收过程也没有对钠盐滤清液进行循环利用。

2013年张永祥等人的专利《一种从废旧锂离子电池中分离回收锂的方法》中使用硫酸和过氧化氢溶解粉碎后的锂离子电池电芯，得到的溶液经调整pH值沉淀金属盐后，对所获滤液专利没有涉及循环利用方法。

以上现有技术在锂离子电池湿法回收中均存在的自动化程度不高，含有钠盐滤清液无法得到合理利用、酸液挥发对环境和生产人员的身体健康造成的危害等问题。

发明内容

本发明的目的为了解决现有技术的上述不足，提供了一种可以提高正极活性物质小时溶解率的锂离子电池正极活性物质酸溶及其循环利用方法，该方法实时监测浸出溶液的pH值的酸溶液自动补充系统，减少酸液挥发对环境和生产人员的身体健康造成的危害，使正极活性物质充分溶解同时保证溶解效率维持在较高的水平上；此外还建立了沉淀金属盐后的滤液经管路输送回酸浸槽，对滤液中过量的无机酸进行再利用的工艺，实现酸浸过程的少排放，甚至零排放。

本发明还提供上述锂离子电池正极活性物质酸溶及其循环利用方法的专用设备。

本发明的技术方案步骤如下：步骤一）将盛装正极活性物质的转运盒浸入装有酸溶液的酸溶槽，溶解正极活性物质，所述酸溶液浓度是1-3 mol/L，溶解温度是50-70℃，固液比1g:5-15 mL；

步骤二）将酸溶槽中溶解了正极活性物质的物料，经酸液泵泵至沉淀槽，向沉淀槽中加入氢氧化钠溶液，沉淀磷酸铁，完成除铁步骤，所述的氢氧化钠溶液浓度为5-7 mol/L，所述磷酸铁沉淀pH值为2-4；