[发明专利]一种从废弃锂离子电池中直接再生高纯度碳酸锂的方法

说明书

本发明公开了一种从废弃锂离子电池中直接再生高纯度碳酸锂的方法，包括以下步骤：(1)粉碎处理废弃锂离子电池拆解后得到含锂正极材料颗粒；(2)将步骤(1)得到的含锂正极材料颗粒、固态干冰和氧化锆磨球放于氧化锆球磨罐中进行机械化学反应；(3)用去离子水作为溶剂进行溶解，然后蒸发结晶得到高纯度的碳酸锂产品。根据本发明的方法适应于不同来源、不同类型的废弃锂离子电池。工艺简单，利用廉价、可再生、无腐蚀性的固态干冰为共磨试剂，避免酸、碱等腐蚀性试剂的使用，碳酸锂的回收率可以达到90wt％以上。整个工艺实现了闭环循环生产，因此具有可观的经济效益，具有潜在的工业化应用价值。

技术领域

本发明涉及一种从废弃锂离子电池中直接再生高纯度碳酸锂的方法，该 方法可将不同类别的废弃锂离子电池正极材料中的锂直接转化为高纯度碳酸 锂产品，属于环境保护与资源综合利用领域的固体废弃物资源化新技术。

背景技术

动力锂离子电池具有能量密度高、产品质量轻、循环寿命长、充放电性 能好、无污染等诸多优点，因而广泛应用在便携式电子电器产品、新能源汽 车以及储能系统等领域。

虽然全球锂资源矿产储量丰富，但是，受限于各种锂矿的资源凛赋状态、 分布均匀性及开发提取技术水平的限制，目前锂资源的供需矛盾仍然十分突 出，由此导致锂的价格居高不下。近年来，随着电动汽车和大规模储能市场 的快速发展，预计动力电池的报废量也会出现快速增长的趋势。车用动力锂 电池的容量衰减至80％以下时就会被废弃，实际使用时间约为3～6年。首批 在2012～2014年间装车的动力电池将会在2018年前后出现大规模退役，由 此产生的废弃锂电池的数量必将呈现爆炸式的上涨。废弃锂电池中不仅含有高品位的锂，还含有数量不菲的钴、镍、锰、铜、铝等有色金属元素以及六 氟磷酸锂、聚偏氟乙烯等有毒有害物质，对其进行资源化回收和无害化处理 不仅可回收锂，满足锂资源的供需缺口，还可以消除潜在环境隐患和减轻环 境负荷，达到一石二鸟的目的。

目前废弃锂电池正极材料(钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和镍钴锰三元材料 等)中有价金属的回收工艺主要有火法冶金和湿法冶金两种。火法冶金是将废 弃锂电池直接高温煅烧，烧掉有机物后得到金属合金，但是由于高温熔融温 度过高及导电剂炭黑的存在，易造成锂的挥发及损失。湿法冶金工艺具有设 备要求低、工艺简单、操作方便、金属回收率相对较高等优点，值得推广应 用。但由于锂与其他金属结合紧密，其高效分离回收往往需要酸或碱浸出、 溶剂多级萃取以及化学沉淀等多步联合工艺才能彻底实现。在锂向高价值化学品转化过程中杂质金属离子的存在将会极大地影响终端产品品质，同时还 会释放或排放污染环境的废气、含酸/碱以及金属离子的废水和废液等。

深圳先进技术研究院的张哲鸣等发明了一种废弃钴酸锂电池的正极材料 回收利用方法(专利申请号201511020409.0)，其步骤主要为将废弃钴酸锂电 池手工拆解后得到正极材料，以硫酸和双氧水为浸出试剂，以碳酸钠为沉淀 剂，得到碳酸锂产品，该发明在反应过程中通过超声波的震荡作用，大大的 缩短了反应时间，提高了反应效率和金属锂、钴的回收率，但硫酸等腐蚀性 试剂的使用易造成环境污染。沧州锐星化学科技有限公司发明了一种从含锂 电池中回收锂的方法(专利申请号201611085463.8)，在对电池进行机械破碎 后，经热处理将集流体和活性物质分离，然后将干燥后的活性物质用硫酸和 双氧水溶解，过滤后将滤液与密封料罐中的溶液混合，对混合溶液进行减压 真空精馏除去有机溶剂后，加入碳酸钠固体沉淀后重结晶，即得碳酸锂。但 是该方法仍然采用了腐蚀性的硫酸作为浸出反应试剂，且消耗了大量的双氧 水和碳酸钠作为化学反应试剂。

综上所述，火法冶金回收废弃锂电池中的有价金属，生产过程中能耗高， 且污染性气体排放的风险较大，造成回收成本的高居不下；湿法冶金存在消 耗大量酸碱、分离过程中金属流失严重、后续废液难以处置、环境负荷大等 问题。因此，在废弃锂电池有价金属回收过程中，研发成本低、无二次污染、 资源回收率高的相关工艺与技术，是值得关注的问题。

发明内容