[发明专利]三元锂离子电池正极材料的单质镍钴回收方法和分离设备

说明书

本发明公开了一种三元锂离子电池正极材料的单质镍钴回收方法和分离设备；回收方法包括以下步骤：1)在150‑220℃的恒温油浴条件下，将摩尔比为4:1～10:1的氢键供体和胆碱盐，加热至一定温度进行搅拌，得到低共熔溶剂；2)在150‑200℃的恒温油浴条件下，按照重量份，将1重量份的电极材料，粘合剂和导电碳材料的混合物分散于3‑10重量份的步骤1)的低共熔溶剂中，充分反应，得到固液混合物；3)将步骤2)的固液混合物进行磁性分离，并对固体物质进行水洗和/或醇洗，去除表面的低共熔溶剂残留，即得到金属单质钴和镍。本发明的反应条件温度不高且不向外界环境排放废弃，其中的低共熔溶剂为相对无毒和可生物降解，反应较快，成本低廉。

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，尤其涉及一种从三元锂电池电极材料、粘合剂和导电碳材料的混合物中回收单质钴和镍的方法，及所需的分离设备。

背景技术

近年来，锂离子电池(LIB)由于其高功率和能量密度，高电压，长存储寿命，低自放电率和宽工作温度范围，在电子产品和电动汽车中的应用一直迅速增长。需求的增加极大地刺激了锂离子电池的生产，随后导致了废旧的LIB数量的大大增加。2015年商用LIB的生产量超过100GWh，据预测，到2020年，LIB技术在全球市场的增长将接近320亿美元，废旧LIB的数量和重量预计将超过250亿个单位和50万吨，其中包含大量的贵重金属和有毒化学物质，其中包含金属(Li，Ni，Co，Mn等)，这不仅会污染环境且这些金属在地球上的储量有限。越来越多的废旧电池带来了严重的废物管理成本，废弃LIB的不当管理对生物健康和环境构成威胁，浪费资源，报废企业面临严峻挑战。面对日益增多的电池废弃物，现阶段对其的处理方式主要分为四类:土地填埋，固化反应，焚烧和包括湿法和火法在内的回收利用。对于废旧锂离子电池的潜在危害和巨大的经济价值，世界各国在积极的开展此方面的研究。但是迄今，全世界只有几家公司可进行一定规模的回收处理，主要集中在欧美和日韩等国的公司。因此，回收用过的LIB并在其中回收金属是处理用过的LIB的最明智的解决方案，再生锂离子电池可以提供高成本原料的替代来源，这些废旧锂离子电池的二次使用在经济，技术和环境等方面具有重大意义。

在火法冶金过程中，通过高温冶炼可以从废电池中回收有价值的金属，但会造成严重的大气污染。熔炼和还原是典型的火法冶金路线中的关键过程，不可避免地消耗大量能量并产生大量冶金渣。典型的废旧LIB回收方法是基于湿法冶金或火法冶金。湿法冶金回收方法主要包括浸出、提取和沉淀等。在浸出过程中，大量的酸和腐蚀剂通常用于释放所有金属元素从阴极材料转变为可回收利用的物质。作为一种重要的回收方法，湿法冶金工艺与火法冶金工艺相比，具有较高的金属回收效率，较高的纯度和较低的能耗。在废旧LIB的回收过程中，湿法冶金工艺通常用于分离和回收不同的金属，包括预处理，浸出和后处理步骤。预处理包括机械，溶解和热处理。机械处理旨在分离钢壳，阴极，阳极和隔板，可使用碱性溶液或有机溶剂溶解，可将活性物质与铝箔或铜箔分开。热处理可以燃烧掉乙炔黑，电解质和粘合剂残留物等杂质。对于浸出过程，通常通过酸浸(有机酸或无机酸)和生物浸出方法。无机酸浸出通常会导致有毒气体的二次污染，因此，对于环境友好型的有机酸浸出关注度提高。生物浸出技术尚处于早期发展阶段，是一种利用微生物提取金属的绿色方法。它的低成本和最低的工业要求使其成为未来使用的有前途的方法。浸出过程之后，通常可以采用化学沉淀，溶剂萃取，电化学等再合成方法来获得最终产品。总之，大部分金属都首先被无机酸(如HCl，HNO₃和H₂SO₄,)或有机酸(如柠檬酸，琥珀酸等)溶解。然后，将溶解的金属通过化学方法分离，沉淀和/或溶剂萃取以回收纯净形式的金属盐。但是，通常会导致非选择性浸出在复杂的分离过程中，包括沉淀Fe³⁺和Al³⁺的分离以及多级溶剂萃取Cu²⁺，Ni²⁺和Co²⁺。