一种从锂离子电池正极材料中回收电池级碳酸锂的方法技术

本发明专利技术公开了一种从锂离子电池正极材料中回收电池级碳酸锂的方法；包括以下步骤：将锂离子电池正极材料进行放电，然后拆解出正极片，经高温热解去除粘结剂，分离富集得到正极材料；对富集得到的正极材料进行氨还原转化后，经水洗过滤处理可得到富锂水溶液；对滤液进行加热浓缩后，添加碳酸钠沉淀，过滤后可回收得到电池级碳酸锂。本发明专利技术使用氨还原焙烧法，实现正极材料中锂资源的选择性回收，减少了强酸等还原剂的大量使用，同时也回收得到高纯度的过渡金属单质或氧化物，实现了正极材料中金属资源的有效回收利用。本方法中采用工业上应用广泛的氨还原转化工艺，化学药剂用量少，实现了电池级碳酸锂的回收，具有广泛的工业应用潜力。业应用潜力。业应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种从锂离子电池正极材料中回收电池级碳酸锂的方法


[0001]本专利技术涉及废旧锂离子电池资源化处理
，具体涉及一种从锂离子电池正极材料中回收电池级碳酸锂的方法；尤其是涉及一种从锂
‑
过渡金属氧化物型锂离子电池正极材料中回收电池级碳酸锂的方法。

技术介绍

[0002]随着新能源技术的快速发展，锂离子电池产业进入超高速扩张期，其巨大的产能需要对上下游产业产生了巨大的影响，尤其是对锂、钴、镍等昂贵金属的供求关系造成了巨大的压力。据预测，在接下去的几十年内，锂电池生产商仍将保持较高的增长速度，而原材料的供应将面临长期的“供不应求”的局面。因此，如何解决锂电池产业原料供应的问题将成为整个行业健康稳定发展的关键之一。
[0003]考虑到锂电池的使用寿命一般不超过10年，一些常用的数码产品电池甚至难以超过两年。因此，随着社会经济的不断发展，锂离子电池的报废量将逐年递增。而这些报废的锂电池既含有大量的有价金属资源，其金属含量远远高于原生矿，具有很高的回收价值。其中，锂资源受限于资源分布不均和严重行业技术壁垒，导致其产量一直跟不上需求，同时，从锂矿或锂盐湖中提取的碳酸锂中常常含有钠、钾、镁及钙等杂质，往往需要冗长的除杂工艺来获得足以满足锂电池生产要求的电池级碳酸锂。因此，如何高效快速地获得高纯度的碳酸锂来满足锂离子电池生产商生产要求具有很重要的战略意义。同时，从废旧的锂离子电池中有效回收得到可供锂电池生产商再利用的金属产品，则能够有效地缓解原材料供应压力，促进锂电池产业的健康循环发展，具有非常重要的社会意义。
[0004]通过对现有专利文献的检索发现，CN 111613847 A公开了了一种从锂离子电池正极材料中高效回收锂的方法，包括以下步骤：(1)将锂离子电池正极材料进行预处理得到预处理正极粉末；(2)将预处理正极粉末在惰性气氛保护下与还原剂加热反应，得到还原态正极粉末，其中，所述还原态正极粉末中含有易水解的锂化合物；(3)将还原态正极粉末加入水中进行水解，并控制水解体系的pH值为7
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8，液固比为(2
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3)：1；(4)水解完毕后，将步骤(3)中水解体系进行固液分离，液相即为锂离子溶液；向锂离子溶液中加入纯碱，得到碳酸锂。然而，该方法使用氢气作为还原剂，存在极大的爆炸安全风险。另外，该方法还需要配备搭建相应的产氢设备，增加了工艺成本，同时也再次增加了安全风险。所以，开发新的安全且更易操作的回收方法，避免氢气使用带来的安全风险，同时降低工艺的操作成本，具有很重要的现实意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述问题，基于市场上复杂的锂离子电池种类，提供一种从锂离子电池正极材料中回收电池级碳酸锂的方法；尤其是从锂
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过渡金属氧化物型锂离子电池正极材料中回收电池级碳酸锂的方法。该方法适用于钴酸锂、三元锂和锰酸锂等类型电池。首先将废旧锂离子电池进行放电处理，然后经拆解手段分离得到正极片；将正极片
进行热解处理去除粘结剂，分离富集得到正极材料；将所得正极材料经氨还原转化后加水浸取，获得富含锂的水溶液；而滤液经加热浓缩、化学沉淀操作，可回收得到电池级的碳酸锂。本专利技术充分利用锂离子电池正极材料中金属成分单一，杂质含量少的特点，开发出适用于废旧锂离子电池正极材料资源化回收的方法，与常规的回收方法相比，具有操作简单，药剂用量低、工艺链短等优点。该方法成果回收得到了电池级的碳酸锂，可用于电池的再生产制造，具有重大的现实意义和社会意义。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种从锂离子电池正极材料中回收电池级碳酸锂的方法，所述方法包括如下步骤：
[0008]S1、将废旧锂离子电池正极材料与产氨剂按比例混合后，置于反应器中进行无氧焙烧处理；
[0009]S2、焙烧后的产品加水浸取后过滤，所得滤液为富含锂离子的水溶液，所得滤渣为过渡金属单质或氧化物；
[0010]S3、将滤液加热浓缩后，加入碳酸钠沉淀剂，并轻微搅拌，使得金属离子充分沉淀；将沉淀过滤干燥即可得电池级碳酸锂。
[0011]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中，锂离子电池为锂
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过渡金属氧化物型电池中的一种或多种。
[0012]作为本专利技术的一个实施方案，所述锂
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过渡金属氧化物型电池包括钴酸锂、三元锂、锰酸锂。
[0013]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中，废旧锂离子电池正极材料的收集包括如下步骤：
[0014]A1、将废旧锂离子电池进行放电至残余电压低于0.1V；
[0015]A2、将放电后的电池进行拆解，得到正极片，并将所得正极片进行热解去除粘结剂，将正极材料从正极片上脱落分离收集。
[0016]作为本专利技术的一个实施方案，步骤A1中，废旧锂离子电池于0.5
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2mol/L氯化钠溶液中进行放电。
[0017]作为本专利技术的一个实施方案，步骤A2中，热解的反应条件为450
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500℃下，真空焙烧30
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60min。
[0018]步骤S1中，所述正极材料为从一种锂
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过渡金属氧化物型废旧锂离子电池中分离收集到的正极材料，或是从多种锂
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过渡金属氧化物型废旧锂离子电池中分离收集到的正极材料的混合材料。
[0019]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中，所述产氨剂为固体尿素或三聚氰胺。本方法中的产氨剂是为了产生氨气，而不引入强酸，仅起到还原作用；如采用其他铵盐，如硫酸铵、硫酸氢铵无法实现本申请的目的。
[0020]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中，无氧焙烧反应条件是：正极材料与产氨剂的用量比为1：0.5～5mol/mol，反应器的填充率为36～180g/L，反应温度为500～600℃，反应时间为10～40min。根据产氨剂中理论产氨量的可换算成质量比。
[0021]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S2中，加水浸取的条件为：固液比为10g/L，常温过滤，时间为30min，搅拌转速为200rpm/min。
[0022]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S3中，加热浓缩至体积缩小为10～20倍，加入沉淀剂，搅拌转速为200rpm/min，沉降时间20min；滤渣于60℃干燥12h以上(如12
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24h)即可。
[0023]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S3中，所得碳酸锂纯度大于99.9％。
[0024]与现有技术相比，本专利技术提供的从多种废旧锂离子电池中回收电池级碳酸锂的方法，具有如下有益效果：
[0025](1)适用于处理多种锂
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过渡金属氧化物型锂离子电池，可以单独处理一种电池，也可以处理混合组分的电池，可有效回收得到电池级的碳酸锂，用于正极材料的再制造，实现产业链的闭环循环；
[0026](2)除了碳酸锂以外，也可以获得高纯度的过渡金属单质或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从锂离子电池正极材料中回收电池级碳酸锂的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、将废旧锂离子电池正极材料与产氨剂按比例混合后，置于反应器中进行无氧焙烧处理；S2、焙烧后的产品加水浸取后过滤，所得滤液为富含锂离子的水溶液，所得滤渣为过渡金属单质或氧化物；S3、将滤液加热浓缩后，加入碳酸钠沉淀剂，并轻微搅拌，使得金属离子充分沉淀；将沉淀过滤干燥即可得电池级碳酸锂。2.根据权利要求1所述的从锂离子电池正极材料中回收电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤S1中，锂离子电池为锂
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过渡金属氧化物型电池中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的从锂离子电池正极材料中回收电池级碳酸锂的方法，其特征在于，所述锂
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过渡金属氧化物型电池包括钴酸锂、三元锂、锰酸锂。4.根据权利要求1所述的从锂离子电池正极材料中回收电池级碳酸锂的方法，其特征在于，步骤S1中，废旧锂离子电池正极材料的收集包括如下步骤：A1、将废旧锂离子电池进行放电至残余电压低于0.1V；A2、将放电后的电池进行拆解，得到正极片，并将所得正极片进行热解去除粘结剂，将正极材料从正极片上脱落分离收集。5.根据权利要求4所述的从锂离子电池正极材料中回收电池级碳酸锂的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许振明，肖杰锋，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：