用于在电池的再循环中回收阴极材料的方法技术

一种用于在可再充电电池的再循环中去除铝和铁的方法，其包括提供来自黑色物质的浸出液，将磷酸(H3PO4)添加至所述浸出液中并调节pH以形成磷酸铁(FePO4)和磷酸铝(AlPO4)，沉淀并去除所形成的FePO4和AlPO4，并形成滤液用于进一步回收阴极金属，主要是NMC

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在电池的再循环中回收阴极材料的方法


[0001]本披露内容涉及电池的再循环，并且特别地涉及回收阴极材料比如锂(Li)、镍(Ni)、锰(Mn)、以及钴(Co)(后三种通常称为NMC金属)中的方法步骤。

技术介绍

[0002]从化石燃料向可再生能源的转变已经获得了相当大的动力。最重要的贡献因素之一是开发更好且更廉价的可再充电电池。目前，锂离子电池正变得越来越流行。它们代表一种类型的可再充电电池，其中锂离子在放电过程中从负极移动至正极并在充电时返回。由于这种流行，对锂离子电池中必需的元素的需求呈指数增长。除了锂之外，此类元素还包括NMC金属，并且特别是钴。钴的全球来源似乎是耗尽的，这转而将焦点从钴的提取转变至钴的回收。另外，在一些国家中，钴采矿与严重的负面环境和社会影响比如污染、童工等相关。
[0003]锂电池的经济的且环境友好地再循环对于节约自然资源和最小化污染是必要的。另外，再循环也将为新电池的生产提供可持续的来源。目前，锂离子电池再循环仍处于其发展的早期阶段。在该阶段，主要的障碍之一是缺乏稳定的供应。一旦过期电池的量已经增加，将更容易开发成本有效的技术和全球标准化的方法。另外，再循环的高成本产生了抑制大规模市场发展的盈利性障碍。要考虑的另一问题是来自不同制造商的锂离子电池使用不同的化学方法以储存和释放能量，这使得难以创建标准化的回收程序。
[0004]总之，预测的对于锂离子电池原材料需求的增加，钴的临界储备和锂的供应和价格的不稳定性使得极其令人希望开发高效且有成本效益的再循环方法。
[0005]US 2011059339(H.Yamasaki等人)披露了一种用于处理锂电池的方法。该方法包括酸溶液处理方法，其中使酸溶液，即磷酸水溶液、碳酸水水溶液或硫化氢水溶液，与构成正电极构件的正极活性材料层和正极集电器的表面接触。然后将正极活性材料层与正极集电器分离并使其经受草酸处理方法，其中使含有源自正极活性材料层的金属组分的用于处理的材料与草酸水溶液反应。
[0006]DE 102014014894(Adensis股份有限公司)披露了一种用于从锂离子电池的阴极回收材料的方法。该方法包括通过使用氧化酸或非氧化酸将阴极材料与基底材料酸性分离。作为氧化酸，优选地可以使用硝酸和/或磷酸和/或硫酸。
[0007]EP 2532759(SARP Industries)披露了一种用于从锂电池中分离材料的方法，其中该方法包括在酸性介质中浸出研磨材料以便溶解一部分的研磨材料以获得含有金属离子和一部分不溶性研磨材料的溶液，以及分离存在于溶液中的金属离子。用于浸出步骤的酸选自无机酸，比如硫酸、盐酸、磷酸、硝酸以及它们的一种或多种的混合物。优选的酸是硫酸。
[0008]EP 2450991(Eco Recycling S.R.L.)披露了一种用于处理除碱性蓄电池、锌
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碳蓄电池和铅蓄电池之外的所有寿命终止蓄电池和电池类型的方法。该方法包括物理操作的第一阶段和化学操作的第二阶段，它们一起允许回收典型地包含在镍
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金属氢化物蓄电池、锂离子电池和蓄电池、一次锂电池中的铜和塑料材料。该方法的特征在于使用借助于允许
获得高纯度的锂产物(Li2CO3)、钴(Co/CoSO4/CoCO3)和镍(Ni/NiCO3)的溶剂的纯化操作。
[0009]WO 2018/209164(伍斯特理工学院(Worcester Polytechnic Institute))涉及Co(钴)、Ni(镍)、Al(铝)和Mn(锰)的提取，用于生产新电池的活性阴极材料。LiFePO4形成为废物流，并且由于再循环的不可行性而经常被废弃。WO 2018/209164教导了LiFePO4作为形成FePO4的副产物与未溶解在溶液中的石墨和碳一起沉淀。然后可以将FePO4与石墨和碳分离并用于合成LiFePO4作为阴极材料，而可以将石墨再生作为阳极材料。

技术实现思路

[0010]鉴于对用于可再充电锂离子电池中的金属的增长的需求，以及对环境的增长的关注，有待开发用于回收阴极金属的改进方法。
[0011]本披露内容的第一方面是一种用于在可再充电电池、优选地可再充电锂离子电池的再循环中去除铝和铁的方法，所述方法包括以下步骤：
[0012]a)提供来自黑色物质的浸出液，
[0013]b)将磷酸(H3PO4)添加至来自步骤a)的浸出液中，
[0014]c)调节pH以形成磷酸铁(FePO4)和磷酸铝(AlPO4)，
[0015]d)沉淀并去除所形成的FePO4和AlPO4，和
[0016]e)形成用于回收阴极金属的滤液。
[0017]根据所述方面的实施方式，在不同pH下分两个单独的步骤进行沉淀。
[0018]在第一沉淀步骤中，任选地用碱将pH调节至pH 1.5至4，比如pH 1.5至3.5，优选地pH 1.5至3的区间。
[0019]在第二步骤中，将pH调节至pH 2.5至6.5，比如pH 2.5至6，优选地pH 2.5至4的区间。
[0020]根据可与以上自由组合的实施方式，添加晶种以在第一沉淀步骤中沉淀FePO4和AlPO4。
[0021]优选地，晶种包含磷酸铝和磷酸铁晶体，将所述种以0.05
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0.3g/L、比如0.05
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0.2g/L、并且优选地0.05
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0.15g/L的量添加。
[0022]第一和第二沉淀步骤优选地在20℃
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95℃、比如55℃
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95℃、比如55℃
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85℃、并且优选地65℃
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75℃的区间内的温度下进行。
[0023]优选地，沉淀步骤各自具有2
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24h、比如12
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18h、比如2
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12h、优选地2
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6h的区间内的停留时间。
[0024]根据可与以上方面和实施方式自由组合的实施方式，在第一沉淀步骤中比在第二沉淀步骤中沉淀更高的量的FePO4和AlPO4。通过过滤去除第一沉淀物，并将包含痕量铝和铁的浸出液引导至第二沉淀步骤，其中将pH调节至pH 2.5至6.5、比如pH 2.5至6、优选地pH 2.5至4的区间。形成第二沉淀物并通过过滤去除。所得浸出液基本上不含铝和铁并且富含NMC
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金属和锂。假如来自黑色物质的浸出液基本上不含铜，则所得浸出液也不含铜。假如来自黑色物质的浸出液包含铜，则可以在去除铝和铁之后将其去除，例如通过沉淀或通过溶剂提取。
[0025]任选地，使该浸出液经受进一步处理以分离锂并沉淀呈氢氧化物的形式的NMC金属。
[0026]根据可与以上方面和实施方式自由组合的实施方式，将包含FePO4和AlPO4的沉淀物用酸水溶液、优选地具有pH 1.5
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5.5、优选地pH 1.5
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2.5的区间内的pH的水溶液洗涤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在可再充电电池的再循环中去除铝和铁的方法，所述方法包括：a)提供来自黑色物质的浸出液，b)将磷酸(H3PO4)添加至来自步骤a)的浸出液中，c)调节pH以形成磷酸铁(FePO4)和磷酸铝(AlPO4)，d)沉淀并去除所形成的FePO4和AlPO4，和e)形成用于回收阴极金属的滤液。2.根据权利要求1所述的方法，其中，该可再充电电池是可再充电锂离子电池。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在不同pH下分两个步骤进行该沉淀。4.根据权利要求3所述的方法，其中，将第一沉淀步骤中的pH调节至pH1.5至4，比如pH 1.5至3.5，优选地pH 1.5至3的区间，和。5.根据权利要求3或4中任一项所述的方法，其中，将第二步骤中的pH调节至pH 2.5至6.5，比如pH 2.5至6，优选地pH 2.5至4的区间。6.根据权利要求3
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5中任一项所述的方法，其中，添加晶种以在该第一沉淀步骤中沉淀FePO4和AlPO4。7.根据权利要求6所述的方法，其中，这些晶种包含磷酸铝和磷酸铁晶体，并且其中将所述种以0.05
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0.3g/L、比如0.05
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0.2g/L、优选地0.05
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0.15g/L的量添加。8.根据权利要求4
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7中任一项所述的方法，其中，该第一沉淀步骤和第二沉淀步骤在20℃
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【专利技术属性】
技术研发人员：马哈茂德，
申请(专利权)人：诺斯伏特公司，
类型：发明
国别省市：