[发明专利]回收废旧钛酸锂负极材料制备冶金用二氧化钛和电池级碳酸锂的方法

说明书

本发明公开回收废旧钛酸锂负极材料制备冶金用二氧化钛和电池级碳酸锂的方法，包括以下步骤：A.破碎分离；B.稀酸加热浸出；C.焙烧除碳；D.中性除杂；E.碱化除杂；F.蒸发浓缩；G.纯碱沉锂。本发明的回收废旧钛酸锂负极材料制备冶金用二氧化钛和电池级碳酸锂的方法，较现有工艺而言，酸浸过程未使用双氧水，减少了酸浸成本；除杂过程未采用萃取工艺，工艺流程缩短，操作简单；且收率高、产品质量好；具有投入低、流程短、易分离、效率高、操作简单、绿色环保等优势，有较强的社会价值和可观的经济效益。

技术领域

本发明涉及废旧锂离子电池回收利用技术领域，特别是涉及一种回收废旧钛酸锂负极材料制备冶金用二氧化钛和电池级碳酸锂的方法。

背景技术

锂离子电池负极材料作为提高锂离子二次电池能量及循环寿命的重要因素，在世界范围内得到了广泛的研究。目前锂离子电池负极材料主要是碳材料，其中石墨化碳应用最广泛，但是石墨与电池中的有机溶剂相溶性差，会限制电池的充放电性能，并且由于石墨层间距过大，电解液和锂离子容易共嵌入到石墨层间，导致基体膨胀而影响电池寿命。

钛酸锂具有尖晶石结构所特有的三维锂离子扩散通道，具有优异的功率特性和优良的高低温性能等优点。与碳负极材料相比，钛酸锂的电位高(比金属锂的电位高1.55V)，在钛酸锂表面基本不能形成像电解液与碳负极表面形成的固液层。在正常电池使用的电压范围内，锂枝晶在钛酸锂表面上难以生成，这就在很大程度上消除了由锂枝晶在电池内部形成短路的可能性，所以钛酸锂电池具有循环寿命长和安全性能优异的特点，可以保障快速充电应用领域电池的耐久性和安全性。因此，以钛酸锂为负极的锂离子电池在电动汽车要求高安全性、高稳定性和长寿命周期的应用领域具有独特的优势。随着新能源汽车市场的扩大及储能设备的逐渐开发，钛酸锂电池也将得到更广泛的应用及更急速的增长，随之而来的就是钛酸锂电池的报废量逐年增加。

废旧钛酸锂主要来源有三种：1)报废的或不合格的钛酸锂电池；2)不合格的钛酸锂极片(如厂家在生产过程中因各种原因生产的不合格极片以及生产过程中的边角料等)；3)不合格的钛酸锂粉料等。

近年来，众多科研工作者对废旧钛酸锂负极材料的回收与利用做了大量的工作。中国专利申请号CN201110233096.2公开了一种废旧锂离子电池负极材料钛酸锂的再生方法。所述方法包括酸法浸出得到浸出液，浸出液经加热水解分离钛、锂，滤液经除杂、浓缩、沉锂得到碳酸锂，偏钛酸与碳酸锂按比例混合，烧结制备钛酸锂负极材料。该专利先完全浸出再做钛、锂分离，并涉及萃取除杂等工艺，回收成本较高，工艺复杂，难以实现产业化。中国专利申请号CN201611245696.X公开了一种废旧钛酸锂的回收利用方法。所述方法包括在碱性条件下通过过氧根络合浸出得到浸出液，浸出液与沉淀剂混合，陈化、过滤后最终得到碳酸锂，滤液经加热水解、焙烧后最终得到二氧化钛。该专利涉及双氧水络合浸出，生产成本高且对生产工艺要求较高，沉锂过程钛、锂分离难度较大，且未见有除杂工序，产品质量难以保证。中国专利申请号201711339874.X公开了一种废旧钛酸锂负极片的回收方法。所述方法包括将钛酸锂负极片超声震荡得到钛酸锂粉，钛酸锂粉经浓硫酸堆浸、萃取除杂、水解沉钛、蒸发结晶，最终得到偏钛酸和硫酸锂。该专利涉通过浓硫酸堆浸破坏钛酸锂结构，酸的消耗量过大，同时涉及萃取除杂，工艺复杂，生产成本较高。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中的不足而完成的，本发明的目的是提供更为优化的钛酸锂负极材料回收工艺。与现有工艺相比，其在酸浸过程未使用双氧水，减少了酸浸成本；除杂过程未采用萃取工艺，工艺流程缩短；并且收率高、产品质量好。回收废旧钛酸锂负极材料制备冶金用二氧化钛和电池级碳酸锂的方法，该方法具有流程短、易分离、投入低、效率高、操作简单、绿色环保等优势，具有较强的社会价值和可观的经济效益。

本发明的回收废旧钛酸锂负极材料制备冶金用二氧化钛和电池级碳酸锂的方法，包括以下步骤：