[发明专利]二氧化硫气体浸取废旧锂电池制备电池正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种二氧化硫气体浸取废旧锂电池制备电池正极材料的方法，废旧锂电池经过放电拆解、分选和研磨，得到正极混合材料，与水配成浆液，将浆液、二氧化硫与空气混合气体送入反应器中，通过添加适当的金属离子盐，调节所得的浸出液中Li⁺、Co²⁺、Ni²⁺和Mn²⁺的摩尔比；加入柠檬酸和聚乙二醇混合液后，再调节溶液pH，控制溶液温度70‑85℃持续搅拌得到凝胶，凝胶干燥、煅烧、研磨均匀后得到三元锂电池正极材料。本发明可实现废旧锂电池中锂、钴、镍、锰四种金属的回收，并直接作为三元锂电池正极材料制备的原材料，各金属回收率均可达到95％以上，同时实现硫资源的循环利用。

技术领域

本发明涉及废旧锂电池回收技术领域，特别涉及到二氧化硫气体浸取废旧锂电池制备电池正极材料的方法。

背景技术

锂离子电池被广泛应用在生产和生活中，从最初的手机、笔记本电脑、电动玩具到现在的新能源电动交通工具，锂离子电池都发挥着重要作用。锂离子电池材料也在不断更新换代。由于目前工业化生产中的四大主流正极材料钴酸锂，锰酸锂，磷酸亚铁锂和镍钴锰酸锂材料中，镍钴锰酸锂三元材料具有高放电比容量，高放电电压平台，高能量密度等优势，被誉为近年来最有发展前途的正极材料，且市场份额在逐年增加。但人们对废旧锂离子电池正极材料的回收利用研究主要集中在钴酸锂的研究上，主要是采用先用酸溶解后分离金属离子的方法，实现金属资源钴和锂的分别回收，工艺复杂，二次污染严重。对镍钴锰酸锂电池的正极材料回收利用研究还较少，目前的研究还是采用传统的金属分离的方法使金属以某种化合物沉或者溶剂萃取法提纯，再以这些生成盐为原料制备各种化合物。

发明内容

本发明的目的是克服现有废旧锂电池回收技术的不足，提供一种二氧化硫气体浸取废旧锂电池制备电池正极材料的方法：

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

二氧化硫气体浸取废旧锂电池制备电池正极材料的方法，步骤如下：

(1)检测废旧电池电压，对废旧锂离子电池采用分段放电的模式进行彻底放电。对电压高于2.5V的采用物理放电法放电，即外接负载，通过使电池连接外界电阻，使剩余电量在放热的过程中消耗掉。在通过电阻放电至2.0V后，再采用化学放电法对大多数低电压电池采用电解质溶液放电，即将废旧电池放在饱和的食盐水中，使其放电10min，正负极电池短路就会将电池中的电量完全释放。将放电结束后的电池放在60℃以下的烘干箱中放电10h，并且人工对锂电池的外壳进行拆解，从而得到电池的内芯，再由人工对锂电池包的塑料薄膜以及正负极进行分选，从而获取正极材料。

采用一系列机械分离过程，包括粉碎、过筛、磁选、精细粉碎和分级等，以期有效回收正极材料，其中将正极材料采用砂磨机进行研磨细化得到粉末正极混合物，粒径不低于100目。

(2)粉末正极混合物和水混合得到浆料，控制浆料比为1:1～1:10、调节初始酸度pH不大于5，控制温度为50-90℃。计算SO₂的理论用量，并储备1.5倍理论值的SO₂，继后将储备的SO₂持续不断地通入反应器中，完全浸取得到溶于水的硫酸盐浸出液。

基本反应：

2LiMn_xNi_yCo_(1-x-y)O₂+3H₂SO₃＝2(1-x-y)CoSO₄+2xMnSO₄+2yNiSO₄+Li₂SO₄+3H₂O