[发明专利]一种从废旧三元锂离子电池正极材料中回收金属的方法

说明书

本发明公开了一种从废旧三元锂离子电池正极材料中回收金属的方法。该方法具体步骤为：首先向废旧三元锂离子电池正极材料的浸出液中加碱除去杂质得到除杂液；使用氢氧化钠和碳酸钠配制沉淀液；将除杂液与沉淀液同时加入微液膜反应器中成核，然后转入晶化反应器中，反应结束后自然降温，过滤洗涤后得到镍钴锰水滑石滤饼，干燥后得到固相镍钴锰水滑石功能材料。本发明采用反应分离耦合技术制备镍钴锰水滑石，实现镍钴锰与锂元素的分离，同时生产高附加值的镍钴锰水滑石，不仅镍钴锰回收效率高，而且分离后的含锂溶液中钴镍锰重金属含量可达到地下水质量标准Ⅰ类水质要求，消除了重金属二次污染，经浓缩后可直接用于制备电池级碳酸锂。

技术领域

本发明属于废旧锂离子电池回收利用技术领域，具体涉及一种从废旧三元锂离子电池正极材料中回收金属的方法。

背景技术

在过去的20年里，锂离子电池因其比其他商业电池高的质量能量(180-250Wh kg^-1)和功率密度(800-1500W kg^-1)而被认为是可持续运输系统中最优的储能设备；因此，锂离子电池被广泛应用于电动汽车动力电池、储能电池和便携式电子产品电池等。目前，锂离子电池主导着便携式电子产品市场，约占全球生产的电池的四分之一。到2050年，电动乘用车的数量预计将超过1亿辆；因此，LIBs的总产量在不久的将来将显著增加。统计数据显示，到2020年，中国累计LIBs报废量超过10GWh，预计到2025年，LIBs报废量将超过44GWh。

废弃锂离子电池有多种潜在的危害，其中重金属污染对人类身体健康和环境带来严重压力。例如：水中重金属离子钴镍，浓度超标时会引起很多严重的健康问题，如低血压、瘫痪、癌症和白血病等。此外，不同类型的三元正极材料是Co(6.1-20.4％)、Li(7.2％)、Ni(20.3–48.3％)和Mn(5.6-19％)等关键金属的重要来源。面对LIBs市场的扩张，废LIBs的高效回收和再利用不仅具有重要的环境意义，而且具有显著的经济效益。对废旧锂离子电池进行回收，一是资源化利用的镍钴锰锂等有价金属资源，缓解资源紧张，促进锂电池行业的可持续发展，二是降低废旧锂离子电池对环境的污染。

由于湿法冶金回收率高、杂质低和成本效益高，湿法冶金回收被认为是回收废金属的理想方法。湿法冶金回收工艺包括预处理、浸出和金属回收步骤，湿法冶金回收将预处理后的阴极材料中镍钴锰等主体还原溶解浸出在溶液中以二价金属阳离子形式存在，然后分离金属离子得到单金属盐产品，或者下一步是从浸出液中重新合成新的阴极材料前体。

金属离子的分离纯化主要包括溶剂萃取和化学沉淀两种方法。对于三元正极材料，溶剂萃取可以有效地回收单一金属。然而，该方法需要使用大量不同的有机试剂，价格昂贵且污染环境，导致其可行性较低。化学沉淀具有成本低、能耗低的优点；但从复杂溶液中分离和回收的工业复杂，对于具有多种元素的三元正极材料，不同的元素会发生共沉淀，从而导致元素分离和回收困难。

锂离子动力蓄电池处理污染控制技术规范(中华人民共和国国家生态环境标准，HJ1186-2021)规定废锂离子动力蓄电池处理企业废水总排放口总钴的排放限值，参照执行GB 31573的规定。废锂离子动力蓄电池处理企业废水总排放口、车间或生产设施废水排放口的污染物总锰、总镍排放浓度，按照GB 8978的要求执行。污水综合排放标准要求镍含量小于1ppm、锰含量小于2ppm(中华人民共和国国家标准，GB 8978-1996)；无机化学工业污染物排放标准要求钴含量小于1ppm(中华人民共和国国家标准，GB 31573-2015)。由于锂离子电池回收的二次污染和高成本，废旧锂离子电池的回收利用技术尚未得到广泛应用，因此，如何提供一种工艺简单、回收率高、适合规模化的废旧锂离子电池的镍钴锰与锂的分离回收方法，是本领域研发技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种从废旧三元锂离子电池正极材料中回收金属的方法。该方法采用反应分离耦合技术制备镍钴锰水滑石，实现镍钴锰与锂元素的分离，同时生产高附加值的NiCoMn-LDHs产品。