[发明专利]一种废锂离子电池金属回收再生和选择性分离的方法

说明书

本发明涉及动力电池废弃物回收处理与资源循环技术领域，具体涉及一种废锂离子电池电极材料回收再生及选择性提锂的方法。该方法采用机酸辅助冷冻干燥和高温热处理技术，将废锂离子电池中的过渡金属锚定在三维碳骨架，同时锂转化为易溶于水的锂盐，通过简单的水洗烘干实现锂分离和过渡金属基碳材料再生。本发明中的方法在一定程度上实现了废锂离子电池电极材料的循环再生，同时兼顾金属离子的高效回收和锂选择性分离，简化了回收工艺，基本实现零排放和无污染，操作简便、高效环保，广泛适合于实际应用中退役动力电池规模化工业处理。

技术领域

本发明涉及一种废锂离子电池中金属离子的回收、再生和选择性分离方法，具体地说，涉及一种回收废锂离子电池电极材料中有价值的金属元素，并将所述金属分离，实现金属元素循环再利用的方法，属于动力电池废弃物回收处理、废弃物资源化的技术领域。

背景技术

电动汽车的发展引领了能源革命，对环境、经济至关重要。在新能源动力汽车新兴发展形势的推动下，作为电动汽车的关键部件，锂离子电池的产量和规模日益增加。于此同时，锂离子电池的报废量也在逐年增长，大批动力电池将陆续进入退役期。由于电池中含有的各类电极材料和电解质会对生态环境和人类健康造成潜在危害，焚烧和填埋等传统的电池回收处理方式已经不能满足当前大批量退役动力电池的管理需求。废动力电池的回收和处理已经成为了当前亟待解决的问题之一。2021年以来，由于全球矿产供应减少，锂离子电池正极关键材料如镍、钴、锰、锂等金属的价格大幅上涨。动力电池正极材料全球供应不足、价格和需求猛增，含镍、钴、锰等金属元素的退役动力电池的资源化循环回收利用、构建闭环产业链成为了规避上游原材料、实现可持续发展的有效途径。

商业动力电池正极材料成本约占电池系统的45％，不同类型动力电池正极材料中金属元素的含量各不相同，如层状钴酸锂(LCO)、镍锰钴酸锂(NCM)和磷酸铁锂(LFP)。以常见的三元材料镍锰钴酸锂材料为例，金属元素镍、钴、锰的含量分别占电池的12％、5％、1.2％，具有较高的回收再利用价值。国内外已对废锂离子电池的回收利用技术进行了系列研究，火法冶金和湿法冶金是当前用于处理废锂离子电池材料的两种主要化学技术。火法冶金回收工艺虽然可以生产高纯度金属，但这种方法能耗高，并产生氟化氢等有毒和腐蚀性气体。相比之下，湿法冶金回收技术因其具有回收技术合理、规模化处理可行、气体和悬浮物处理技术成熟等优势，已成为电池回收利用企业的首选之一。其中，基于无机酸浸取体系的湿法回收工艺具有较高的回收效率和简单的工艺，已在商业化领域取得了较好的应用实践。然而，环境污染仍然是上述两种回收方法的主要技术瓶颈。因此，研究开发天然可降解有机酸以提供绿色和可持续的回收途径和高效的资源循环已成为必然选择，在一定程度上解决了无机浸出产生强酸性废水带来的环境问题。然而，在现有技术中，从含多种金属离子的浸出溶液中高效分离和选择性提取金属离子仍存在技术难题。

发明内容

本发明拟解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种废锂离子电池电极材料中有价金属的回收再生，并对锂进行选择性提取。所述方法采用有机酸辅助冷冻干燥和高温热处理技术，将废锂离子电池中的过渡金属元素锚定在三维碳骨架内，同时，锂转化为易溶于水的锂盐，通过简单的水洗烘干即可实现选择性提锂和过渡金属基碳材料再生。所述方法中，材料再生、金属高效回收、锂分离可同时实现，简化了回收工艺，基本实现零排放和无污染，操作简便、高效环保，可用于大规模生产。

上述废锂离子电池过渡金属回收再生，并选择性提锂的方法，包括如下步骤：

(1)将废锂离子电池电极材料溶解于有机酸溶液中，加入还原剂，连续搅拌、过滤得到含有金属离子的浸出溶液。

(2)向步骤(1)所得浸出溶液中加入助熔剂，搅拌后得到均匀透明的溶液，然后经冷冻干燥处理，得到固体粉末。

(3)步骤(2)所得固体粉末在惰性气氛下以1～10℃min^-1的升温速度缓慢升温至400～1000℃，保温进行煅烧热处理。