高温氯化焙烧废旧锂电池的方法、设备和应用技术

本发明专利技术提供了一种高温氯化焙烧废旧锂电池的方法、设备和应用，涉及锂电池回收技术领域。包括将废旧锂电池材料置于氯气气氛下焙烧，将焙烧后的反应物溶于水得到第一溶液，并从所述第一溶液中回收金属。该方法采用高温氯化焙烧法，将废旧锂电池材料中的有价金属转化为金属的氯化盐，再将反应物溶于水中，由于只有金属与氯气烦死了反应生成可溶性的金属氯化盐，因此，根据溶解度不同，将金属氯化盐溶解在水里，使得废旧锂电池材料中的有价金属被回收利用。该方法避免了还原剂的使用，不会产生大量的浸出液，同时对环境友好，有价金属的回收率较高。收率较高。收率较高。

【技术实现步骤摘要】
高温氯化焙烧废旧锂电池的方法、设备和应用


[0001]本专利技术涉及锂电池回收
，具体而言，涉及一种高温氯化焙烧废旧锂电池的方法、设备和应用。

技术介绍

[0002]随着电子产品消费的迅速增加，废弃锂离子电池的数量急剧增加。高钴型正极材料具有高充电截止电压和高压实密度的优点，同时还能稳定材料结构，在消费电子领域占据了重要的地位，其中以手机使用的钴酸锂为重要代表。废弃的锂离子电池不仅含有锂、镍、钴、锰、铜和铝等有价值的金属，还含有有毒电解质，如碳酸乙烯、碳酸丙烯和六氟磷酸锂等以及粘合剂等。不恰当的处理废旧锂离子电池不但造成了金属资源的浪费，还有可能造成严重的环境危害。
[0003]目前处理废弃锂离子电池的方法主要有湿法冶金和还原焙烧法等。湿法冶金方法是回收废旧锂离子电池有价金属的传统方法，主要包含拆卸和粉碎两个步骤，从而获得包含大部分有价金属的阴极粉末，但由于粘结剂的作用，使得阴极材料与电极紧密相连，所以大多数时候需要使用氧化酸浸法进行提取，需要一定的反应装置且反应过程需要添加还原剂，在反应搅拌过程中需要维持一定的固含量来满足化学反应过程所需要的动力学条件，所以会伴有大量的浸出液，且设备占地多。还原焙烧采用的焦粉、煤粉经过还原后其灰分会成渣，且一般会占总重的10～20％；焙烧处理过程中PVDF分解和碳的不完全燃烧会生成大量的污染气体，处理复杂。
[0004]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高温氯化焙烧废旧锂电池的方法、设备和应用，其能够将废旧锂电池材料中的有价金属转化为金属的氯化盐，再回收利用，避免了还原剂的使用，不会产生大量的浸出液，同时对环境友好，有价金属的回收率较高。
[0006]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种高温氯化焙烧废旧锂电池的方法，包括将废旧锂电池材料置于氯气气氛下焙烧，将焙烧后的反应物溶于水得到第一溶液，并从所述第一溶液中回收金属。
[0008]目前回收废旧锂电池中的有价金属主要有湿法冶金技术和还原焙烧方法等，湿法冶金技术存在需要添加还原剂、浸出液量大、有机酸浸出导致对阴极材料污染和热解分离法的阴极还原度不高等缺陷，而还原焙烧方法又存在还原温度较高、能耗大和生成难处理的污染气体等问题，因此亟需提出一种新的处理方法回收废旧锂电池中的有价金属。经过专利技术人研究发现，采用高温氯化焙烧法，将废旧锂电池材料中的有价金属转化为金属的氯化盐，再将反应物溶于水中，由于只有金属与氯气烦死了反应生成可溶性的金属氯化盐，因此，根据溶解度不同，将金属氯化盐溶解在水里，使得废旧锂电池材料中的有价金属被回收
利用。该方法避免了还原剂的使用，不会产生大量的浸出液，同时对环境友好，有价金属的回收率较高。
[0009]经过专利技术人长期研究发现，废旧锂电池中主要含有的金属元素包括镍、钴、锂和锰，而上述金属元素在经过氯气高温焙烧后形成的金属氯化盐均为可溶性盐，因此可以利用产物的溶解性差异，将废旧锂电池中的金属元素转化为金属的氯化盐，从而将废旧锂电池中的有价金属回收利用。
[0010]废旧锂电池中各主要的金属元素进行高温氯化焙烧反应时，存在如下反应过程：
[0011]6LiCoO2+3Cl2(g)——6LiCl+2Co3O4+2O2(g)；
[0012]2Co3O4+3Cl2(g)——6CoCl+4O2(g)；
[0013]2LiNiO2+3Cl2(g)——2NiCl2+2LiCl+2O2(g)；
[0014]2LiMn2O4+Cl2(g)——2LiCl+2Mn2O3+O2(g)；
[0015]2Mn2O3+4Cl2(g)——4MnCl2+3O2(g)。
[0016]由上述反应方程可知，废旧锂电池中各主要的金属元素在进行高温氯化焙烧反应后都可以生成金属氯化盐，因此能够利用废旧锂电池中各组分的溶解性差异分离金属与其他杂质。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，由于废旧锂电池材料中的非金属组分不会与氯气发生反应，且也不溶于水，将焙烧后的固体物质加入水溶液中，非金属组分仍以固体的形式保留于水中，焙烧反应生成的金属盐溶解。将上述水溶液进行固液分离，收集液体即为第一溶液。
[0018]在可选的实施方式中，废旧锂电池材料在密闭环境下，通入氯气气氛焙烧。
[0019]优选地，氯气气氛包括氯气和保护气体。在氯气气氛中加入保护气体是为了反应过程中的安全性考虑，同时，使用大量的高纯氯气会不仅会导致氯气的浪费，而且氯气的排放也会带来一些环保问题。
[0020]此外，本专利技术的高温氯气焙烧过程不是一个快速的反应过程，需要保证废旧锂电池材料在一定时间内保持与高温氯气接触反应，因此为了保证反应顺利进行，同时避免反应事故发生，在氯气气氛中应当加入保护气体。
[0021]优选地，保护气体为惰性气体，包括氮气、氦气或氩气的至少一种。
[0022]优选地，氯气气氛为氯气和氮气的混合气体。
[0023]优选地，氯气和氮气的体积比为1～3：1，更优选为2～3：1。将氮气和氯气的比例控制在上述范围，不仅保证了氯气的反应使用率，避免了氯气的浪费，同时还保证了反应过程的安全性。
[0024]在可选的实施方式中，还包括对焙烧的密闭环境补充氯气气氛，氯气气氛的补充频率为每间隔5～10min补充一次，每次补充的氯气气氛占密闭环境体积的1～2％。
[0025]在可选的实施方式中，焙烧的温度为550～850℃，焙烧时间60～120min。
[0026]优选地，焙烧温度为750～850℃，焙烧时间90～120min。
[0027]更优选地，焙烧温度为850℃，焙烧时间90min。
[0028]在可选的实施方式中，废旧锂电池材料在焙烧前还包括将废旧锂电池材料进行预热，所述预热温度与焙烧温度相同，且所述预热过程为无氧环境。
[0029]由于氧气在高温情况下会和电解液等物质发生燃烧反应，生成大量气体，为了避
免预热过程中气体无法排出影响废旧锂电池材料的回收，因此需要保证预热过程为无氧环境。在可选的实施方式中，还包括将焙烧过程中挥发的气体通入水中吸收，得到第二溶液。由于焙烧过程中温度较高，同时氯气也容易挥发，挥发的氯气中会携带少量金属，因此，采用水溶液对气体进行吸收可以回收气体中少量的金属元素，同时吸收氯气，避免氯气直排造成的环境污染。
[0030]回收金属包括将第一溶液和第二溶液混合后共同干燥。由于第一溶液和第二溶液都是含金属的氯化盐溶液，因此干燥后，第一溶液和第二溶液中的水分蒸发，废旧锂电池中的金属元素得以回收。
[0031]优选地，干燥温度为70～90℃，干燥时间为20～30h。
[0032]在其他实施方式中，也可以根据需要对第一溶液和第二溶液进行处理，将金属组分以其他形式回收利用。
[0033]在可选的实施方式中，废旧锂电池材料的制备方法包括：将废旧锂电池置于硝酸溶液中浸出后烘干并破碎成颗本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温氯化焙烧废旧锂电池的方法，其特征在于，包括将废旧锂电池材料置于氯气气氛下焙烧，将焙烧后的反应物溶于水得到第一溶液，并从所述第一溶液中回收金属。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废旧锂电池材料在密闭环境下，通入氯气气氛焙烧；优选地，所述氯气气氛包括氯气和保护气体；优选地，所述保护气体包括氮气、氦气或氩气的至少一种；优选地，所述氯气气氛为氯气和氮气的混合气体；优选地，所述氯气和氮气的体积比为1～3：1，更优选为2～3：1。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括对焙烧的密闭环境补充氯气气氛，所述氯气气氛的补充频率为每间隔5～10min补充一次，每次补充的氯气气氛占密闭环境体积的1～2％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焙烧的温度为550～850℃，焙烧时间60～120min；优选地，所述焙烧温度为750～850℃，焙烧时间90～120min；更优选地，所述焙烧温度为850℃，焙烧时间90min。5.根据权利要求2～4任一项所述的方法，其特征在于，还包括将焙烧过程中挥发的气体通入水中吸收，得到第二溶液；所述回收金属包括将所述第一溶液和第二溶液混合后共同干燥；优选地，所述干燥温度为70～90℃，干燥时间为20～30h。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废旧锂电池材料的制备方法包括：将废旧锂电池置于硝酸溶液中浸出后烘干并破碎成颗粒状；优选地，所述硝酸溶液的质量分数为8～10％，浸出时间为3～5min；优选地，所述烘干温度为60～80℃，烘干时间5～6h；优选地，废旧锂电池在浸出前还包括对废旧锂电池依次进行放电处理、清洗、干燥、破碎和拆解；优选地，所述放电处理包括将废旧锂电池置于质量分数为10～15％的NaCl溶液中处理。7.一种高温氯化焙烧废旧锂电池的设备，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴浩，刘晓玲，郑江峰，文定强，张晨，张颖，
申请(专利权)人：清远佳致新材料研究院有限公司江西佳纳能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：