[发明专利]一种熔盐辅助碳热还原回收锂电池正极材料的方法

说明书

一种熔盐辅助碳热还原回收锂电池正极材料的方法，属于废旧锂电池正极材料钴酸锂中的锂、钴的高效率回收领域。该方法包括：将锂电池拆解、热解后得到碳粉和钴酸锂；将钙基熔盐熔化后，冷却研磨，将得到的钙基熔盐粉末和钴酸锂、碳粉混合，在反应炉中，真空条件下，在600±5℃～900±5℃保温处理30～75min，得到钴、碳酸钙、锂盐的混合产物，加入水后，磁选分离，得到钴，将钙基沉淀过滤后，加入碳酸钠，过滤，得到碳酸锂。该方法用水量大大降低，提高了锂和钴元素的回收率，且操作简单，对环境友好，大大减少了整个工艺流程的时长。

技术领域

本发明涉及废旧锂电池正极材料钴酸锂(LiCoO₂)中的锂(Li)、钴(Co)的高效率回收技术领域，具体涉及一种熔盐辅助碳热还原回收锂电池正极材料的方法。

背景技术

自从锂电池问世以来，由于它高能量密度、自放电小、平均输出电压高、使用寿命长等优点而广泛被人们使用，但随着锂电池产量的剧增，电池正极中贵重金属元素的稀缺使人们不得不考虑将锂电池中贵重金属元素回收的问题。锂电池回收主要分为三大类：干法回收、湿法回收和生物回收。湿法回收是以各种酸碱性溶液为转移媒介，将金属离子从电极材料中转移到浸出液中，再通过离子交换、沉淀、吸附等手段，将金属离子以盐、氧化物等形式从溶液中提取出来。但由于湿法回收涉及的酸碱较多，对实验人员有一定的危害，且回收过程中可能产生有毒气体，对环境造成危害。生物回收技术主要是利用微生物浸出，将体系的有用组分转化为可溶化合物并选择性地溶解出来，实现目标组分与杂质组分分离，最终回收锂、钴、镍等有价金属。但目前生物回收技术尚未成熟，如高效菌种的培养、培养周期过长、浸出条件的控制等关键问题仍有待解决。干法回收是不通过溶液媒介，直接实现有价金属的回收技术。工艺流程较短，且危害性不大。碳热还原是干法回收中一种方法。它是将锂电池负极上的石墨(C)与正极上的活性物质钴酸锂混合均匀，在真空条件、一定的温度下发生氧化还原反应，从而生成碳酸锂(Li₂CO₃)、钴(Co)和二氧化碳(CO₂)。该方法绿色安全，对大气基本无污染。但生成的产物碳酸锂和钴均是固体粉末，黏附在一起难以直接分离，常用分离方法是把产物以一定固液比水浸，利用溶解度的差异过滤出钴，再将滤液蒸发得到碳酸锂固体。但因为碳酸锂在水中的溶解度很低，需要消耗大量的水来溶解产物中的碳酸锂，而且溶液蒸发完后碳酸锂黏附在容器内壁，对回收造成了一定的困难。且蒸发溶液大大增加了整个流程的时间，不利于工艺的工业化。如果将此工艺流程工业化，就必须降低整个工艺的时长，并尽量减少水的添加量。但由于现在锂电池回收方法众多，研究人员普遍将重心放在新的工业化工艺流程的开发上，对原有方法的改进研究较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种熔盐辅助碳热还原回收锂电池正极材料的方法，该方法先将氯化钙和氯化钠(按共晶点来配比组分含量)混盐混合均匀，干燥后再放入马弗炉以一定的高温(混合盐共晶点的温度)处理一段时间，在熔融状态时将盐取出倒入钢制容器中，待其冷却后研磨成熔盐粉末备用。再将钴酸锂、碳粉和熔盐粉末混合均匀，在真空条件下，高温处理。再将产物溶于水中，通过磁选得到钴，再加入硫酸钠(Na₂SO₄)、过滤后，加入碳酸钠(Na₂CO₃)最终过滤得到碳酸锂，该方法用水量大大降低，提高了锂和钴元素的回收率，且操作简单，对环境友好，大大减少了整个工艺流程的时长。

本发明的一种熔盐辅助碳热还原回收锂电池正极材料的方法，包括以下步骤：

步骤1：拆解锂电池

将锂电池放电、真空干燥后，拆解，得到锂电池正极材料和锂电池负极材料；

将锂电池正极材料和锂电池负极材料分别进行热解处理，负极材料处理后得到碳粉，正极材料处理后得到活性物质钴酸锂；

步骤2：熔盐辅助碳热还原