锂离子电池正极材料中钴和锂的回收方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池正极材料中钴和锂的回收方法。该回收方法包括：步骤S1，利用弱酸性材料对锂离子电池正极材料进行浸渍形成第一浸渍体系，其中弱酸性材料的pH值在4～6之间；步骤S2，对第一浸渍体系进行固液分离，得到第一固体分离物和含锂液体分离物；步骤S3，利用强酸性材料对第一固体分离物进行浸渍形成第二浸渍体系，其中强酸性材料的pH值小于等于1；以及步骤S4，对第二浸渍体系进行固液分离，得到第二固体分离物和含钴液体分离物。通过控制浸渍体系的pH值，使得锂离子和钴离子分别被浸渍到不同的浸出液中，从而避免了两种金属的交叉，最终得到的钴产品和锂产品纯度较高。

Recovery of Cobalt and Lithium from Cathode Materials of Lithium Ion Batteries

The invention provides a method for recovering cobalt and lithium from cathode material of lithium ion battery. The recovery methods include: (1) impregnating the cathode materials of lithium ion batteries with weak acidic materials to form a first impregnation system, in which the pH value of weak acidic materials is between 4 and 6; (2) solid-liquid separation of the first impregnation system to obtain the first solid separator and liquid separator containing lithium; (2) impregnating the first solid separator with strong acidic materials; (2) impregnating the first solid separator with strong acidic materials. In the second impregnation system, the pH value of strong acid material is less than or equal to 1; and in the second impregnation system, solid-liquid separation is carried out to obtain the second solid separation and cobalt-containing liquid separation. By controlling the pH value of the impregnation system, lithium ion and cobalt ion were impregnated in different leaching solutions respectively, thus avoiding the intersection of the two metals, and the final cobalt and lithium products were of high purity.

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池正极材料中钴和锂的回收方法
本专利技术涉及锂离子电池回收领域，具体而言，涉及一种锂离子电池正极材料中钴和锂的回收方法。
技术介绍
锂离子电池具有质量轻、能量密度大、无记忆性等优点而被广泛使用，由于锂离子电池使用量的增大和使用寿命有限，其报废量也呈现逐年增长的趋势。锂离子电池阳极材料中镍元素含量为5％～10％(w)、钴元素含量为5％～20％(w)\锂含量为5％～7％(w)。钴是资源稀少的金属，也是国民经济建设和国防建设不可缺少的重要原料之一,我国地质储量约87万吨，但是贫矿多，独立成矿的钴矿物仅占5％，每年需从国外进口钴约1000～1200吨。随着锂电池使用量的增大，锂的价格也逐渐增长。如果对废旧锂离子电池中的这些有价金属进行回收，将在很大程度上缓解我国有色金属匮乏的问题，将其“变废为宝”，而且还解决了环境污染的问题。废旧锂离子电池的回收再利用在这个能源紧张的社会将具有很大的发展前景。无论是从环境保护，还是从降低工业成本，实现资源的有效利用等方面看，锂离子电池的循环利用作为一个新兴的课题对国家甚至是整个世界都是具有重大意义的。现有技术通常是对前处理的正极材料进行一步浸出，使锂钴等金属元素全部溶解在浸出液中，然后再对浸出液的离子进行分离，这样在分离过程中可能会夹杂其他金属元素，导致分离不彻底，使得到的溶液不纯，导致最后得到的沉淀产物不纯，使得产物品质下降。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种锂离子电池正极材料中钴和锂的回收方法，以解决现有技术中的回收方法得到的产物不纯的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种锂离子电池正极材料中钴和锂的回收方法，包括：步骤S1，利用弱酸性材料对锂离子电池正极材料进行浸渍形成第一浸渍体系，其中弱酸性材料的pH值在4～6之间；步骤S2，对第一浸渍体系进行固液分离，得到第一固体分离物和含锂液体分离物；步骤S3，利用强酸性材料对第一固体分离物进行浸渍形成第二浸渍体系，其中强酸性材料的pH值小于等于1；以及步骤S4，对第二浸渍体系进行固液分离，得到第二固体分离物和含钴液体分离物。进一步地，上述步骤S1中，弱酸性材料包括：醋酸、醋酸-醋酸钠混合物、草酸、磷酸氢二钠-柠檬酸混合物、柠檬酸-氢氧化钠-盐酸混合物、柠檬酸-柠檬酸钠混合物中的任意一种。进一步地，上述步骤S1中，第一浸渍体系的固液比为1:20～1:100，优选第一浸渍体系的温度为30～80℃，进一步优选浸渍的时间为10～60min。进一步地，上述步骤S3中，强酸性材料包括强酸，强酸选自硫酸、硝酸、盐酸、磷酸中的任意一种或多种的混合物；优选强酸的摩尔浓度为1～5mol.L-1。进一步地，上述步骤S3中，第二浸渍体系的固液比为1:10～1:50，进一步优选第二浸渍体系的温度为30～80℃，更优选浸渍的时间为20～120min。进一步地，上述强酸性材料还包括还原剂，优选强酸性材料中还原剂的体积分数为0.5～5％，进一步优选还原剂为H2O2、硫代硫酸钠、亚硫酸钠中的任意一种或多种。进一步地，上述回收方法还包括：将含钴液体分离物和/或含锂液体分离物与饱和碳酸钠溶液进行混合，形成混合反应体系；对混合反应体系进行加热，分别得到碳酸钴和碳酸锂。进一步地，将上述混合反应体系加热至60～100℃并保温，优选保温5～30min。进一步地，上述锂离子电池正极材料为粉末状，回收方法还包括对锂电池进行放电、拆解、剥离后得到粉末状的锂离子电池正极材料。进一步地，上述步骤S2和步骤S4的采用过滤和洗涤的方式实现固液分离。应用本专利技术的技术方案，本申请上述回收方法，通过控制浸渍体系的pH值，使得锂离子和钴离子分别被浸渍到不同的浸出液中，从而避免了两种金属的交叉，最终得到的钴产品和锂产品纯度较高。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。如本申请
技术介绍
所分析的，现有技术的一步浸出工艺使得分离后的浸出液中夹杂其它金属，进而导致最后得到的产品不纯，为了解决该问题，本申请提供了一种锂离子电池正极材料中钴和锂的回收方法，该回收方法包括：步骤S1，利用弱酸性材料对锂离子电池正极材料进行浸渍形成第一浸渍体系，其中弱酸性材料的pH值在4～6之间；步骤S2，对第一浸渍体系进行固液分离，得到第一固体分离物和含锂液体分离物；步骤S3，利用强酸性材料对第一固体分离物进行浸渍形成第二浸渍体系，其中强酸性材料的pH值小于等于1；以及步骤S4，对第二浸渍体系进行固液分离，得到第二固体分离物和含钴液体分离物。本申请上述回收方法，通过控制浸渍体系的pH值，使得锂离子和钴离子分别被浸渍到不同的浸出液中，从而避免了两种金属的交叉，最终得到的钴产品和锂产品纯度较高。具体地：先用控制弱酸性材料的pH值在4～6之间对锂离子电池正极材料(钴酸锂)进行浸出，此时锂被浸出，而钴不会被溶出，是因为钴离子不能够自由移动，锂离子在间隙中可自由运动，因此H+可置换出Li+。然后控制强酸性材料的pH值小于等于1破坏钴酸锂的晶格使钴离子溶出。在本申请一种优选的实施例中，上述步骤S1中，弱酸性材料包括：醋酸、醋酸-醋酸钠混合物、草酸、磷酸氢二钠-柠檬酸混合物、柠檬酸-氢氧化钠-盐酸混合物、柠檬酸-柠檬酸钠混合物中的任意一种。采用包含上述有机酸的弱酸性材料，使得第一浸渍体系的pH值容易控制且不会引入其他不宜去除的杂质。上述各混合物中各成分的比例不做特别限定。为了提高锂的浸出率，优选上述步骤S1中，第一浸渍体系的固液比为1:20～1:100。另外，为了提高锂的浸出效率，优选第一浸渍体系的温度为30～80℃。为了加快流程，进一步优选浸渍的时间为10～60min。在本申请另一种优选的实施例中，上述步骤S3中，上述强酸性材料包括强酸，强酸选自硫酸、硝酸、盐酸、磷酸中的任意一种或多种的混合物。利用上述强酸性材料可以将第二浸渍体系的pH值快速调整至1以下，进而提高了钴的浸出效率。在实现调整上述pH值的目的基础上，为了减少强酸性材料的用量，优选强酸的摩尔浓度为1-5mol.L-1。同样地，为了提高钴的浸出率，优选上述步骤S3中，第二浸渍体系的固液比为1:10-1:50。为了进一步加快钴的浸出，进一步优选第二浸渍体系的温度为30-80℃，更优选浸渍的时间为20～120min。另外，优选上述强酸性材料还包括还原剂，利用还原剂可以使Co3+还原成Co2+，从而使钴离子能够较易溶出。为了使上述还原剂的作用与强酸的作用协同增效，优选强酸性材料中还原剂的体积分数为0.5～5％，进一步优选还原剂为H2O2、硫代硫酸钠、亚硫酸钠中的任意一种或多种。在本申请另一种实施例中，上述回收方法还包括：将含钴液体分离物和/或含锂液体分离物与饱和碳酸钠溶液进行混合，形成混合反应体系；对混合反应体系进行加热，分别得到碳酸钴和碳酸锂。通过上述过程使得钴和锂分别转化为相应的碳酸盐，且碳酸盐的纯度较高。为了加快上述钴和锂的转化，优选将混合反应体系加热至60～100℃并保温，优选保温5～30min。另外，为了使得上述浸渍效率进一步提高，优选上述锂离子电池正极材料为粉末状，上述回收方法还包括对锂电池进行放电、拆解、剥离后得到粉末状的锂离子电池正极材料。另外，上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池正极材料中钴和锂的回收方法，其特征在于，包括：步骤S1，利用弱酸性材料对锂离子电池正极材料进行浸渍形成第一浸渍体系，其中所述弱酸性材料的pH值在4～6之间；步骤S2，对所述第一浸渍体系进行固液分离，得到第一固体分离物和含锂液体分离物；步骤S3，利用强酸性材料对所述第一固体分离物进行浸渍形成第二浸渍体系，其中所述强酸性材料的pH值小于等于1；以及步骤S4，对所述第二浸渍体系进行固液分离，得到第二固体分离物和含钴液体分离物。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池正极材料中钴和锂的回收方法，其特征在于，包括：步骤S1，利用弱酸性材料对锂离子电池正极材料进行浸渍形成第一浸渍体系，其中所述弱酸性材料的pH值在4～6之间；步骤S2，对所述第一浸渍体系进行固液分离，得到第一固体分离物和含锂液体分离物；步骤S3，利用强酸性材料对所述第一固体分离物进行浸渍形成第二浸渍体系，其中所述强酸性材料的pH值小于等于1；以及步骤S4，对所述第二浸渍体系进行固液分离，得到第二固体分离物和含钴液体分离物。2.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述弱酸性材料包括：醋酸、醋酸-醋酸钠混合物、草酸、磷酸氢二钠-柠檬酸混合物、柠檬酸-氢氧化钠-盐酸混合物、柠檬酸-柠檬酸钠混合物中的任意一种。3.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述第一浸渍体系的固液比为1:20～1:100，优选所述第一浸渍体系的温度为30～80℃，进一步优选所述浸渍的时间为10～60min。4.根据权利要求1所述的回收方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述强酸性材料包括强酸，所述强酸选自硫酸、硝酸、盐酸、磷酸中的任意一种或多种的混合物；优选所述强酸的摩尔浓度为1～5m...

【专利技术属性】
技术研发人员：于曼，李现化，
申请(专利权)人：桑德集团有限公司，桑顿新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：西藏,54