[发明专利]三元正极材料短流程回收再生方法、回收材料及应用

说明书

本发明提供了一种三元正极材料短流程回收再生方法、回收材料及应用，包括以下步骤：1）将废旧锂电池进行放电、去外壳、电解液回收和正负极极片分离；2）正极活性材料的剥离、浸出，得到浸出液；3）浸出液经除铜、铁杂质离子处理得到除杂液；4）调节除杂液中金属元素的摩尔比，利用共沉淀法制备三元前驱体，富锂滤液可进一步处理得到碳酸锂；5）将上述三元前驱体和锂盐按比例混合，高温煅烧得到三元正极材料。本发明可有效实现废旧锂电池中电解液和有价金属的综合回收；利用溶液中存在的杂质铝离子制备了NCMA四元正极材料，改善了材料的电化学性能；工艺流程简单，可有效降低成本，便于产业化推广。

技术领域

本发明涉及废旧锂离子电池回收领域，具体涉及一种三元正极材料短流程回收再生方法、回收材料及应用。

背景技术

能源安全和能源结构调整是实现国家可持续发展的根本，发展新能源汽车己成为世界各国必然选择。据统计，中国的新能源汽车产业进入快速发展期，2018年，我国新能源汽车销量突破125万辆，同比增长61.7%。中国新能源汽车在2020年的产销量将达到200万辆，累计产销量超过500万辆。锂离子动力电池作为新能源汽车的核心关键部件，装机量逐年剧增。据高工锂电统计，2018年锂离子动力电池装机量高达56.89 GWh，同比增长56.88%。新能源汽车动力电池使用寿命6到8年，未来5年报废量将达到101 Gwh。动力电池退役后，如未经妥善处置，一方面会给社会带来环境影响和安全隐患；另一方面也会造成宝贵的有价金属资源浪费。据高工锂电预测，从废旧动力电池中回收锂、钴、镍及锰等有价金属，创造的回收市场规模2020年可达到100亿元，2023年将超过250亿元，这将成为创造收入和缩减成本的一个重要来源，对废旧锂电池进行回收利用将具有十分重要的意义。

对废旧锂离子电池的处理，目前主要有物理法和化学法，物理法需通过破碎、分选过程将电池集流体、正负极粉末、隔膜等进行分类，进而进行相应的处理。在破碎分选过程中，正负极材料的机械夹带损失严重，回收率低；同时正负极粉料难以实现分离，不可避免会引入大量铝、铜等杂质，最终导致整个工艺中除杂困难，且镍、钴、锂等有价元素综合回收率低。例如中国专利CN104593606B对废旧锂离子电池进行高速冲击破碎，之后进行振动筛分，筛分后得到的正负极粉末在保护气氛下进行焙烧，焙烧温度为800～900℃，焙烧后得到正负极粉末混合物。该方法的缺点在于正负极粉料难以实现分离，且筛分过程中正极材料的机械夹带损失严重，无法保证较高的回收率。

国内相关厂家大多数利用化学法处理价值较高的正极材料，对于报废的整电池，尚缺乏较为成熟的处理工艺与装备。化学法主要工艺流程为：破碎解体—分选—碱浸除铝—碱浸渣硫酸还原浸出—净化—萃取—镍、钴、锰盐生产—共沉淀制备前驱体—煅烧得到三元材料。现有通过萃取分离得到镍、钴、锰盐，作为三元前驱体的原料，工艺流程冗长，不易精确控制，且产品中往往残留少许有机物，对后续加工制备高性能三元下料造成影响。专利CN102956935B公开了一种废旧动力电池三元正极材料处理方法，包含碱浸、酸浸出镍钴锰离子，再利用萃取剂分别回收镍、锂、钴、锰。此方法尽管可以实现有价金属的回收，但在碱浸过程中无法实现铝箔的回收，同时有价金属离子回收过程冗杂，加入有机萃取剂较多，产生废渣、废液需要处理，增加成本。

发明内容

本发明提出了一种三元正极材料短流程回收再生方法、回收材料及应用，解决现有技术中工艺流程冗长、成本高、有价金属离子回收率低、污染环境的技术问题。

三元正极材料短流程回收再生方法，步骤如下：

（1）废旧锂电池的放电和极片分离：利用盐溶液对废旧锂电池放电，确保开路电压低于1.0V；将放电后锂电池拆解，分离外壳，得到电芯，将电芯浸入溶剂中清洗，得到清洗后电芯，电解液回收处理；采用反卷工艺对清洗后电芯分离得到正极片、隔膜和负极片；

优选地，溶剂为碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯中的任意一种；