[发明专利]一种利用废旧锂电池再生富锂锰基正极材料的方法

说明书

一种从废旧锂电池再生富锂锰基正极材料的方法。本发明方法将经预处理得到的正极材料粉末进行碳热还原，碳热还原将废旧三元镍钴锰正极材料还原成镍、钴、碳酸锂、氧化锰混合物进行氨浸出，然后一步溶胶凝胶法制备前驱体，最后通过煅烧得到富锂锰基正极材料；其将有价金属混合粉末进行碳热还原，避免了在浸出过程中必须采用加压的工艺要求，避免了多金属分步分离回收，缩短了工艺流程，操作简单，降低了成本，提升了回收再生产品的价值。

技术领域

本发明属于废旧锂电池回收领域，具体涉及一种从废旧锂电池再生富锂锰基正极材料的方法。

背景技术

随科学技术的发展，人类生活质量的需求不断提高，对储能设备的要求越来越高。锂离子电池由于其工作电压高、重量轻、无记忆效应、循环使用寿命长，被广泛应于便携式设备及电动汽车等电子产品中。预计不久的将来，插电式电动汽车（PHEV）、电动汽车（EV）等的需求量不断加大，到2024年将投资可达2210亿美元。

锂离子电池的平均寿命为1-3年，全球市场引入的锂离子电池数量不断增加导致废旧锂离子电池持续累积。废旧锂离子电池中包含镍钴锰锂等有价金属，与传统采矿资源中有价金属含量相比，锂离子废旧电池是有色金属含量极高的“二次资源”。锂离子电池中的镍钴这些重金属都属于致癌致突变物质，如处理不当对环境与人体健康有害。这些有价金属通过回收，如能加以利用对缓解我国战略金属资源缺乏问题，促进有色金属资源可循环战略发展与保护环境等具有积极意义。

对废旧锂离子电池的回收现在主要在于对有价金属的回收。将预处理后的正极粉末经过湿法冶金处理，使用浸出剂浸出，得到浸出液。将浸出液进行净化除杂，采用传统冶金及化学方法如沉淀、萃取等，得到单一金属化合物。其流程长、污染大、有价金属的利用率低、能源耗费量大、回收处理成本高等缺点亟待解决。

CN109193057A公开了一种利用废旧三元锂电池制备正极材料的方法，该方法采用常规预处理方法处理废旧电池正极，在将正极材料剥离后经干燥、煅烧和研磨得到正极材料，然后采用两段浸出回收金属，第一段浸出采用铵盐和氨水的混合液以及还原剂在高压环境下进行氨浸出，实现锂、镍、钴的同时回收；第二段浸出采用还原剂和酸对含锰铝滤渣进行常压酸浸出，实现掺杂金属（锰或铝）的回收。该发明的加压氨浸工序镍、钴、锂等有价金属的综合浸出率达到92%，两段浸出实现废旧三元正极材料镍、钴、锂、锰、铝等有价金属综合回收率达到95%以上，但第一段浸出还需要加压环境，制备工艺复杂，第二段浸出将产生硫酸酸液，环境污染严重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上不足，提供一种利用废旧锂电池再生富锂锰基正极材料的方法。本发明方法工艺流程短，采用其再生的富锂锰基正极材料的理论容量高，性能优异。

一种利用废旧锂电池再生富锂锰基正极材料的方法，包括以下步骤：

（1）将废旧镍钴锰三元锂电池进行预处理，得正极材料粉末，然后将正极材料粉末进行碳热还原，得到含镍、钴、锂和锰元素的混合粉末；

（2）采用氨-碳酸氢铵-体系对步骤（1）所得混合粉末进行氨浸出，得到浸出液和浸出渣，采用醋酸溶解浸出渣，过滤，得到醋酸锰溶液；

（3）检测步骤（2）所得浸出液中镍、钴和锂元素的浓度和醋酸锰溶液中醋酸锰的浓度，根据浸出液中各元素浓度拟合目标富锂锰基正极材料，计算并添加步骤（2）所得醋酸锰溶液以及镍、钴和锰的乙酸盐，得混合溶液，然后采用溶胶凝胶法制备富锂锰基正极材料前驱体；

（4）将步骤（3）所得富锂锰基三元正极材料前驱体进行煅烧，得到目标富锂锰基正极材料nLi₂MnO₃ ·(1-n)LiNi_xCo_yMn_zO₂(n≤0.8，x≤0.6，y≤0.6，x+y+z=1)。