[发明专利]一种利用生物质热解气还原回收废弃钴酸锂电池正极材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用生物质热解气还原回收废弃钴酸锂电池正极材料的方法，步骤如下：将回收得到的废弃锂电池浸入盐溶液中放电，通过拆解和分离，获得正极材料片；将正极材料片真空热解并刮出得到钴酸锂粉末；将钴酸锂粉末悬于木质纤维素生物质上方并确保两者为分离状态，无氧气氛下于400～500℃下加热，经生物质热解气还原钴酸锂获得反应产物；将反应产物使用水浸法浸出后过滤，得到滤液和滤渣；将滤液蒸发得到碳酸锂粉末，将滤渣烘干，得到Co氧化物。该方法具有低污染，低能量消耗，低温室气体排放，高经济效益，安全等优点。

技术领域

本发明涉及生物质高值化利用及废弃锂电池回收技术领域，具体涉及一种生物质热解气还原回收废弃钴酸锂基正极材料的方法。

背景技术

锂离子电池(LIBs)具有优异的能源效率和持久的循环寿命，其中，钴酸锂基电池由于高能效和高能量密度被广泛应用于电力运输和存储方面。LIBs的大量消费需求带来了LIBs产量的增长,在2020年，仅在中国就达到了50万吨。但是产量的增加带来了大量有毒和对环境不友好的废弃物，如重金属和电解质，这可能对环境和人类健康产生重大影响。此外，由于锂和钴资源的稀缺和分配压力，LIBs工业的增长需要从废弃的锂离子电池中回收宝贵的金属资源。锂、钴等金属元素的稀缺，以及它们的高利用率，促使人们关注废弃LIBs的正极活性材料的回收过程。

目前，回收废弃LIBs的传统方法有三种，即火法冶金、湿法冶金和生物冶金。其中，湿法冶金因其高浸出效率、高金属选择性、和杂质含量低，被认为是最有前途的回收工艺。然而，它在浸出过程中不可避免地产生有害气体和浸出后的废水，并产出与过量浸出剂相关的二次废物。可持续、廉价的闭环湿法冶金回收工艺已成为研究的热点。利用细菌作为浸出介质的生物冶金工艺近年来因其环境友好、成本低而受到研究人员的青睐，但渗滤液的浸出速度慢、金属浓度低也使其发展停滞。火法冶金使用高温冶炼炉在高温下以金属和合金的形式回收有价值的金属成分。这种简单的方法在工业上被广泛应用，但较高的反应温度仍然会导致大量的能量消耗。近年来，由于较低的能量消耗和高的锂回收效率，对石墨和铵盐等还原剂回收废弃LIBs进行了广泛的研究。但是，碳热还原的高温和铵盐材料消耗的问题仍然很突出。使用其他高还原性废弃物可以减少能源消耗和经济压力。

目前，尚缺乏一种经济环保，节能高效地回收锂离子电池中金属的方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明目的是提供一种利用木质纤维素生物质热解气回收废弃锂电池正极材料金属材料的方法，通过木质纤维素生物质热解时产生的热解气可以还原钴酸锂并水浸分离回收，具有低污染，低能量消耗，低温室气体排放，高经济效益，安全等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种利用木质纤维素生物质热解气回收废弃锂电池正极材料中金属元素的方法，所述方法包括：

将回收得到的废弃锂电池浸入盐溶液中放电，通过拆解和分离，获得正极材料片；

将正极材料片真空热解并刮出得到钴酸锂粉末；

将钴酸锂粉末悬于木质纤维素生物质上方并确保两者为分离状态，无氧气氛下于400～500℃下加热，经生物质热解气还原钴酸锂获得反应产物；

将反应产物使用水浸法浸出后过滤，得到滤液和滤渣；

将滤液蒸发得到碳酸锂粉末，将滤渣烘干，得到Co氧化物。

进一步，所述盐溶液为饱和NaCl溶液。

进一步，所述浸入盐溶液的时间至少达到12h。

进一步，所述木质纤维素生物质包括木屑粉、玉米秸秆粉、玉米芯粉、稻壳、牛皮纸中的至少一种。

进一步，所述真空热解的温度为400～450℃，升温速率为5～10℃/min，保温时间为15-120min。