本发明属于电池废料回收领域,具体涉及一种废旧锂电池材料回收领域。
背景技术:
1、随着新能源汽车产业的蓬勃发展,大量动力锂离子电池即将退役。废旧锂离子电池中含有大量有价金属元素,要是不加以回收利用,不仅会造成大量的资源浪费还会造成严重的环境污染。目前,火法冶金和湿法冶金是处理废锂离子电池的主要方法。与火法冶金工艺相比,反应条件相对温和、处理工艺简单、回收率高已成为湿法冶金处理的主要优势。
2、湿法冶金处理手段主要包括酸浸、碱浸、水浸等手段,其中,酸浸是目前主流的湿法冶金手段。然而,对于酸浸而言,单纯采用无机酸难于有效突破废旧电池表面物化结构,难于获得理想的浸出效果,故行业内常采用双氧水-酸联合浸出方案。
3、例如,cn116495787a的中国专利公开了一种基于废旧锂电池制备的锰基复合物及其制备方法,具体记载采用酸性溶液和双氧水对经过热处理后的正极活性物质进行酸浸。再如,公开号为cn116722253a的中国专利文献公开了一种退役三元锂电池的极性材料浸出方法及装置,具体记载利用磷酸与双氧水浸出试剂对所述清洁极性材料进行浸出,得到含有ni离子、co离子、mn离子与li离子的金属盐溶液。再如,公开号为cn115057483a的中国专利文献公开了一种回收高镍三元电池正极材料制备层状金属氢氧化物的方法,具体记载将所述高镍三元正极材料通过无机酸溶液和双氧水浸出,调节ph值为5~5.5,以便获得浸出液。
4、综上,虽然现有的双氧水-酸联合浸出手段能够获得良好的浸出效果,但需要使用易制爆的双氧水,工艺安全性不理想,此外,浸出的效率有待提高,例如,大多需要在50℃以上的温度、1h以上的浸出时间下方可获得理想的浸出效果。不仅如此,现有浸出工艺得到的浸出液的再生难度较大,直接再生的材料的性能有待提高。
技术实现思路
1、针对现有废旧锂离子电池正极回收面临的问题,本发明目的在于,提供一种废旧锂离子电池正极材料浸出方法,旨在改善浸出效率和效果。
2、本发明第二目的在于,提供废旧锂离子电池正极材料再生方法,旨在利用废旧正极材料再生得到高性能的正极活性材料。
3、废旧正极材料由于长期循环,表面形成了致密的sei,此外,其晶格稳定性较高,直接采用单纯无机酸难于高效突破其物化结构,即使配合双氧水的使用,其浸出效率也不理想。针对该问题,本发明经过深入研究,提供了如下的解决方案:
4、一种用于回收废旧锂离子电池正极材料有价元素的协同浸出剂,包括无机酸液和式1化合物;
5、
6、本发明创新地研究表明,将式1结构和无机酸联合,其能够意外地有效突破正极材料表面sei以及晶格结构,可以显著优化废旧正极材料的浸出效率和效果,例如,可以在50℃以下的浸出温度以及30min的时间内即可实现99%以上的有价元素的高效浸出。此外,本发明所述的处理方法,其还有助于降低浸出液的回收难度,并有助于优化回收材料的微观物化特点,有助于改善再生的材料的电化学性能。
7、本发明中,所述的无机酸为盐酸、硫酸中的至少一种。
8、本发明中,无机酸液的摩尔浓度为0.5~3m,考虑到效果和成本,可进一步为1~2m,式1化合物的浓度为0.5~5g/l,考虑到成本和效果,可进一步为1~3g/l。
9、本发明中,所述的无机酸液和式1化合物在浸出前相互独立存在,或者以混合溶液形式存在。
10、本发明还提供了一种用于回收废旧锂离子电池正极材料有价元素的浸出方法,将废旧锂离子电池正极材料与所述的协同浸出剂中的成分按任意顺序混合进行浸出,随后固液分离,得到富集有有价元素的浸出液。
11、本发明中,考虑到市场处理需要,废旧正极材料中的有价元素可包括锂,还包含镍钴锰中的至少一种过渡金属元素。
12、例如,其可通过废旧钴酸锂电池、废旧镍酸锂电池、废旧锰酸锂电池、废旧镍钴电池、废旧镍钴锰电池中的至少一种电池经常规的手段拆解、剥离、分离得到。
13、本发明中,可预先将无机酸液和式1化合物进行搅拌陈化处理,随后和所述的废旧锂离子电池正极材料混合进行酸浸处理。
14、陈化的温度例如为20~40℃,陈化的时间例如为20~60min。
15、本发明研究表明,采用该优选的方案,可进一步优化式1和无机酸之间的物化作用,可进一步强化其对废旧正极材料sei以及晶格结构的协同瓦加效率和效果。
16、本发明中,得益于所述的联合浸出剂的使用,其可以在温和的条件下即可获得优异的浸出效果。例如,浸出阶段的液固比为10~30ml/g。
17、优选地,浸出阶段的温度为15~45℃,进一步可以为20~40℃,更进一步可以为室温(例如为25~35℃);
18、优选地,浸出的时间在30min以下,进一步为10~20min。
19、本发明还提供了一种废旧锂离子电池正极材料的再生方法,采用本发明所述的浸出方法获得浸出液,再预先将浸出液的ph调控至3.5~4.5,随后固液分离,得到第一段净化液;再调控第一段净化液的ph至10~12,随后固液分离,得到过渡金属前驱体和锂液;向锂液加入沉锂剂,得到锂沉淀;
20、将过渡金属前驱体和锂沉淀进行烧结处理,即得再生的正极活性材料。
21、本发明中,得益于所述的优化的浸出工艺,其不仅有助于改善有价元素的浸出效率和效果,此外,还有助于降低浸出液中的有价元素的浸出难度,并有助于对其微观结构进行优化,可进一步改善再生的正极活性材料的性能。
22、本发明中,用于调控浸出液以及第一段精华液ph的ph调控剂均为氢氧化钠-氨水的混合液;
23、优选地,沉锂剂为碳酸钠;
24、优选地,焙烧的温度为700~900℃;
25、优选地,焙烧的时间为5~15h。
26、有益效果
27、本发明创新地将式1结构和无机酸联合,其能够意外地有效突破正极材料表面sei以及晶格结构,可以显著优化废旧正极材料的浸出效率和效果。此外,本发明所述的处理方法,其还有助于降低浸出液的回收难度,并有助于优化回收材料的微观物化特点,有助于改善再生的材料的电化学性能。
1.一种用于回收废旧锂离子电池正极材料有价元素的协同浸出剂,其特征在于,包括无机酸液和式1化合物;
2.如权利要求1所述的协同浸出剂,其特征在于,所述的无机酸为盐酸、硫酸中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的协同浸出剂,其特征在于,无机酸液的摩尔浓度为0.5~3m,式1化合物的浓度为0.5~5g/l。
4.如权利要求1~3任一项所述的协同浸出剂,其特征在于,所述的无机酸液和式1化合物在浸出前相互独立存在,或者以混合溶液形式存在。
5.一种用于回收废旧锂离子电池正极材料有价元素的浸出方法,其特征在于,将废旧锂离子电池正极材料与权利要求1~4任一项所述的协同浸出剂中的成分按任意顺序混合进行浸出,随后固液分离,得到富集有有价元素的浸出液。
6.如权利要求5所述的浸出方法,其特征在于,所述的有价元素包括锂,还包含镍钴锰中的至少一种过渡金属元素。
7.如权利要求5或6所述的浸出方法,其特征在于,预先将无机酸液和式1化合物进行搅拌陈化处理,随后和所述的废旧锂离子电池正极材料混合进行酸浸处理。
8.如权利要求5~7任一项所述的浸出方法,其特征在于,浸出阶段的液固比为10~30ml/g;
9.一种废旧锂离子电池正极材料的再生方法,其特征在于,采用权利要求5~8任一项所述的浸出方法获得浸出液,再预先将浸出液的ph调控至3.5~4.5,随后固液分离,得到第一段净化液;再调控第一段净化液的ph至10~12,随后固液分离,得到过渡金属前驱体和锂液;向锂液加入沉锂剂,得到锂沉淀;
10.如权利要求9所述的废旧锂离子电池正极材料的再生方法,其特征在于,用于调控浸出液以及第一段精华液ph的ph调控剂均为氢氧化钠-氨水的混合液;
