[发明专利]一种用于回收锂电池正极材料的低共熔溶剂及方法

说明书

本发明公开了一种用于回收锂电池正极材料的低共熔溶剂及方法，包括如下步骤：步骤1，制备低共熔溶剂；步骤2：确定低共熔溶剂结晶温度；步骤3：超声波微波协同辅助低共熔溶剂溶解锂离子电池正极材料；将正极材料与低共熔溶剂混合在反应容器中，在超声波微波协同加热装置中加热分散至完全溶解得到电解混合物；步骤4；电解回收重金属；将电解混合物进行电解，将除锂离子外的重金属离子以氢氧化物的形式沉积，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得到锂单质。该方法利用超声波微波协同加热效应，回收工艺时间短，萃取效率高，对环境无二次污染，具备大规模工业应用前景。

技术领域

本发明属于材料化学技术领域，涉及锂离子电池中关键金属的回收方法，具体为一种用于回收锂电池正极材料的低共熔溶剂及方法。

背景技术

根据高新技术产业研究院报告显示，预计2025年报废动力电池总量为137.4GWh，梯级利用回收产值有望超过1000亿，报告预计2025年废旧电池回收量将达到96万吨，回收动力电池可再生的锂、钴、镍和锰资源将分别占2025年相应需求的27.7％、55.5％、28.7％和47.9％。大量的废旧锂电池若不处理或处理不当，会造成严重的环境污染，危害人体健康，也有可能产生安全隐患。锂离子电池正极材料中的镍、钴、锰易与酸反应生成重金属离子，同时镍钴锰、镍钴铝在水系环境里呈强碱性，对水体和土壤造成污染。此外，由于报废电池组体积大，存有一定的电量，并且所用材料具有一定的特殊性，在一定温度、湿度以及接触不良情况下易发生自燃或者爆炸。因此，对于废旧动力电池如果不做妥善的回收处理将可能引发较为严重的环境污染和安全隐患问题。

目前，对废旧锂离子电池的研究工作主要集中在正极活性材料中有价金属的回收，其工艺主要分为火法回收及湿法回收。火法回收(高温冶金)技术首先需要对电池进行自动放电处理，然后按电池种类进行分类，通过振动筛选和磁选分离金属外壳和电极材料部分，将电极材料部分放入干电弧炉内高温处理，电极碎片中的炭和有机物将被高温燃烧掉，燃烧时会产生还原气体，对电极内金属元素具有保护作用，最终经筛选得到含有金属和金属氧化物的细粉状材料。火法冶金不仅可以分解去除粘结剂，还可利用不同金属熔沸点的差异将其分离，电池中的金属经氧化还原被分解，进而形成蒸汽挥发，通过冷凝将其收集。火法冶金工艺相对简单，兼容性较高，适合大规模处理种类繁杂的废旧锂电池，电池材料本身能提供焚烧所需的大量能耗，能最大限度地减少残留体积，但电池电解质和电极中其它成分的燃烧容易引起大气污染，焚烧尾气处理的压力大。湿法回收技术主要指采用酸碱溶液等媒介对电极材料中的金属离子进行提取，浸出到溶液中，再通过离子交换、沉淀、萃取、结晶等方法将溶液中的金属离子以金属化合物等形式提取出来，应用较为广泛。在金属氧化物浸出过程中通常采用无机强酸(如HCl，HNO₃，H₂SO₄和H₃PO₄等)或有机酸(如草酸、甲酸、柠檬酸、酒石酸、马来酸、抗坏血酸、DL-苹果酸等)作为浸出剂，但无机酸对设备要求较高，并且在浸出过程中容易产生有毒有害气体(如Cl₂，SO₃及NO_x等)，需要进行尾气处理，增加投资及运行成本，而有机酸对环境友好，不会造成二次污染，但价格较为昂贵，且金属分离难度大，不适合大规模工业推广应用。并且在工业应用中，正极材料易沉积在反应容器底部引起粉末结块从而降低正极材料的溶解效果，还可能造成管路堵塞以及局部过热等问题。因此，亟待提出一种高效绿色回收退役锂电池的方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于回收锂电池正极材料的低共熔溶剂及方法，本发明原理简单、易于实施、操作方便、回收工艺时间短、萃取效率高以及对环境无二次污染。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于回收锂电池正极材料的低共熔溶剂，由氢键受体和氢键供体反应制得，所述氢键受体采用氯化胆碱或甜菜碱，氢键供体采用多元醇、羧酸、尿素和甘油中的一种或多种，氢键受体和氢键供体的摩尔比为1:(1～2)。