[发明专利]基于微波辅助低共熔溶剂的锂离子电池重金属回收方法

说明书

本发明基于微波辅助低共熔溶剂的锂离子电池重金属回收方法，操作方便，回收工艺时间短，萃取效率高，对环境无二次污染。其包括如下步骤：步骤1，配制低共熔溶剂；步骤2：确定低共熔溶剂熔点温度；步骤3：微波辅助低共熔溶剂溶解锂离子电池正极材料；将废弃的锂离子电池正极材料浸泡于低共熔溶剂中，并于微波加热装置中加热搅拌至锂离子电池正极材料完全溶解得到电解混合物；步骤4；电解回收重金属；将电解混合物置于电解池中进行电解，通电一段时间后除锂离子外的重金属离子以氢氧化物的形式沉积于工作电极，将氢氧化物煅烧后得到合成锂离子电池正极材料所需的金属氧化物；继续通电锂离子以金属单质的形式沉淀于工作电极，过滤得到锂单质。

技术领域

本发明属于材料化学技术领域，涉及锂离子电池中重金属的提取方法，具体为基于微波辅助低共熔溶剂的锂离子电池重金属回收方法。

背景技术

伴随着21世纪经济的迅速发展，化石燃料燃烧带来的环境污染日益严重，因此太阳能、风能等新能源得到了快速发展。然而这些新能源发电的不稳定性使得其难以并网，所以储能成为当今热门的研究方向。锂离子电池作为重要的储能设备在手机、汽车、电厂等行业得到了大规模应用。目前锂电池年产量已经超过110亿只，然而锂、钴、锰、镍是资源有限的金属，按照当前锂离子电池的生产速率必然会导致这些金属资源枯竭；同时废弃锂离子电池的任意丢弃导致土壤和河流遭受了严重的重金属污染。

为了回收锂离子电池中锂、钴、镍、锰等重金属，解除锂离子电池行业发展的条件制约，已有研究提出相应解决方法并已投入工程应用：(1)火法冶金；(2)湿法冶金；(3)基于加热法的低共熔溶剂回收锂离子电池中重金属；(4)低温熔盐辅助回收锂离子电池中重金属。

这些方法虽在一定程度上回收了大量重金属，但也一定程度上造成了二次污染和能源浪费。如，方法(1)煅烧温度较高，消耗大量热量；释放大量有害气体；炉渣中金属不能被全部回收；工作环境恶劣。(2)使用强酸溶解锂电池正极材料给工作环境和工作人员安危带来巨大危害；使用有机酸溶解锂电池正极材料时反应条件和工作能力受限制，需添加一些还原剂才能发生相应化学反应，即便能发生反应也不能萃取所有原始金属。(3)基于加热法的低共熔溶剂溶解正极材料浸取时间太长，工作效率低。(4)煅烧温度过高，能量消耗过大。因此，迫切需要提出一种简单高效回收锂离子电池中重金属的方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供基于微波辅助低共熔溶剂的锂离子电池重金属回收方法，原理简单，易于实施，操作方便，回收工艺时间短，萃取效率高，对环境无二次污染。

本发明是通过以下技术方案来实现：

基于微波辅助低共熔溶剂的锂离子电池重金属回收方法，包括如下步骤：

步骤1，配制低共熔溶剂；

按照摩尔比1:1的氢键受体和氢键供体经加热熔融，得到两组分或三组分以氢键形式结合的低共熔混合物，作为配置好的低共熔溶剂；

步骤2，确定低共熔溶剂熔点温度；

将配置好的低共熔溶剂以1-3℃/min的速度冷却至出现沉淀物，记录此时的温度为其熔点温度；

步骤3，微波辅助低共熔溶剂溶解锂离子电池正极材料；

将废弃的锂离子电池正极材料以固液比为(4～15)：0.1的比例浸泡于低共熔溶剂中，并于微波加热装置中加热搅拌至锂离子电池正极材料完全溶解得到电解混合物；加热温度为50～125℃，且高于低共熔溶剂熔点温度；

步骤4，电解回收重金属；

将电解混合物置于放置氯离子隔膜的电解池中进行电解，通电一段时间后除锂离子外的重金属离子以氢氧化物的形式沉积于工作电极，沉淀顺序依次为绿色的氢氧化镍、红色的氢氧化钴、浅桃红色的氢氧化锰，根据颜色变化依次过滤沉淀的氢氧化物沉淀，将氢氧化物煅烧后得到合成锂离子电池正极材料所需的金属氧化物；