用于回收锂二次电池的活性金属的方法技术

在用于回收锂二次电池的活性金属的方法中，由锂二次电池的废正极制备正极活性物质混合物。依次且连续地进行使用第一还原反应气体的第一还原工艺、使用具有比第一还原反应气体的反应源浓度更高的反应源浓度的第二还原反应气体的第一还原工艺和使用高浓度的第二还原反应气体的第二还原工艺，以将正极活性物质混合物转化为初级前体混合物。从初级前体混合物中回收锂前体。可以通过逐步还原抑制热值增加的同时来提高锂回收率。加的同时来提高锂回收率。加的同时来提高锂回收率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于回收锂二次电池的活性金属的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于回收锂二次电池的活性金属的方法。更具体地，本专利技术涉及一种从锂二次电池的废正极中回收活性金属的方法。

技术介绍

[0002]近来，二次电池已被广泛用作移动电子设备例如便携式摄像机、移动电话、笔记本电脑等，以及车辆如电动汽车、混合动力汽车等的电源。锂二次电池由于具有工作电压高、每单位重量的能量密度高、充电率高、体积紧凑等优点，在二次电池中得到了积极的开发和应用。
[0003]锂金属氧化物可以用作用于锂二次电池的正极的活性物质。锂金属氧化物可以进一步含有过渡金属，例如镍、钴、锰等。
[0004]由于上述高成本有价金属用于正极活性物质，因此制造正极物质需要20％以上的生产制造成本。此外，由于环境保护问题日益突出，人们正在研究正极活性物质的回收方法。
[0005]常规地，已经使用通过在强酸例如硫酸中浸出废正极活性物质来依次回收有价金属的方法，但是湿式方法在再生选择性和再生时间方面可能是不利的，并可能造成环境污染。因此，正在研究一种使用干式反应回收有价金属的方法。
[0006]然而，由于在干式反应工艺中产生的反应热，可能会发生副反应和颗粒团聚，从而降低活性物质的回收率。
[0007]例如，韩国登记专利公布第10
‑
0709268号公开了一种用于回收废锰电池和碱性电池的设备和方法，但没有提供一种以高选择性和高产率再生有价金属的干式方法。

技术实现思路

[技术目标][0008]根据本专利技术的一个方面，提供了一种以高回收效率和高产率回收锂二次电池的活性金属的方法。[技术手段][0009]在根据本专利技术实施方案的用于回收锂二次电池的活性金属的方法中，由锂二次电池的正极制备正极活性物质混合物。依次且连续地进行使用第一还原反应气体的第一还原工艺和使用具有比第一还原反应气体的反应源浓度更高的反应源浓度的第二还原反应气体的第二还原工艺，以将正极活性物质混合物转化为初级前体混合物。从初级前体混合物中回收锂前体。
[0010]在一些实施方案中，第一还原反应气体和第二还原反应气体可以包括氢气，并且第一还原反应气体的氢气浓度可以小于第二还原反应气体的氢气浓度。
[0011]在一些实施方案中，第一还原反应气体的氢气浓度可以在5体积％至15体积％的范围内，并且第二还原反应气体的氢气浓度可以为20体积％以上。
[0012]在一些实施方案中，第一还原反应气体的氢气浓度可以在5体积％至10体积％的范围内，并且第二还原反应气体的氢气浓度可以在20体积％至40体积％的范围内。
[0013]在一些实施方案中，第二还原工艺的反应温度可以高于第一还原工艺的反应温度。
[0014]在一些实施方案中，第一还原工艺的反应温度可以在300℃至450℃的范围内，并且第二还原工艺的反应温度可以在460℃至800℃的范围内。
[0015]在一些实施方案中，第一还原工艺和第二还原工艺可以包括分别将第一还原反应气体和第二还原反应气体供应到流化床反应器中。
[0016]在一些实施方案中，初级前体混合物可以包括初级锂前体颗粒和含过渡金属颗粒。
[0017]在一些实施方案中，初级锂前体颗粒可以包括氢氧化锂、氧化锂和/或碳酸锂中的至少一种。
[0018]在一些实施方案中，在回收锂前体中，可以用水洗涤初级锂前体颗粒。
[0019]在一些实施方案中，含过渡金属颗粒可以包括镍、钴、锰或它们的氧化物。
[0020]在一些实施方案中，可以用酸溶液选择性地处理含过渡金属颗粒，以回收酸式盐形式的过渡金属前体。[本专利技术的效果][0021]根据上述示例性实施方案，可以利用氢气还原工艺通过干式方法从废正极活性物质中回收锂前体。因此，可以以高纯度回收锂前体，而无需进行由湿式方法导致的额外工艺。
[0022]在示例性实施方案中，氢气还原工艺可以包括在氢气浓度降低的条件下进行的第一氢气还原工艺和在氢气浓度升高的条件下进行的第二氢气还原工艺。可以降低初始氢气浓度以防止在氢气还原中突然发热，从而抑制副反应和颗粒聚集。因此，可以提高期望的锂前体的回收率。
附图说明
[0023]图1为用于描述根据示例性实施方案回收锂二次电池的活性金属的方法的示意性流程图。
具体实施方式
[0024]本专利技术的实施方案提供了一种使用干式还原反应从锂二次电池中回收活性金属的高纯度、高产率的方法。
[0025]在下文中，将参照附图详细描述本专利技术的实施方案。然而，这些实施方案是作为实例提供的，并且本专利技术不限于本文描述的特定实施方案。
[0026]如本文所用，术语“前体”用于泛指包含特定金属以提供包含在电极活性物质中的特定金属的化合物。
[0027]图1为用于描述根据示例性实施方案回收锂二次电池的活性金属的方法的示意性流程图。为了描述方便，图1还示出了反应器的示意性结构以及工艺流程。
[0028]参照图1，可以由锂二次电池的废正极制备正极活性物质混合物(废正极活性物质
混合物)(例如，在S10的工序中)。
[0029]锂二次电池可以包括电极组件，该电极组件包括正极、负极和介于在正极和负极之间的隔膜层。正极和负极可以包括分别涂覆在正极集流体上的正极活性物质层和涂覆在负极集流体上的负极活性物质层。
[0030]例如，包含在正极活性物质层中的正极活性物质可以包括含有锂和过渡金属的氧化物。
[0031]在一些实施方案中，正极活性物质可以包括由以下化学式1表示的化合物。
[0032][化学式1][0033]Li
x
M1
a
M2
b
M3
c
O
y
[0034]在化学式1中，M1、M2和M3可以包括选自Ni、Co、Mn、Na、Mg、Ca、Ti、V、Cr、Cu、Zn、Ge、Sr、Ag、Ba、Zr、Nb、Mo、Al、Ga或B的至少一种元素。在化学式1中，0<x≤1.1，2≤y≤2.02，0<a<1，0<b<1，0<c<1，并且0<a+b+c≤1。
[0035]在一些实施方案中，正极活性物质可以是包括镍、钴和锰的NCM基锂氧化物。
[0036]可以通过将正极与废锂二次电池分离来回收废正极。废正极可以包括正极集流体(例如铝(Al))和如上所述的正极活性物质层，并且正极活性物质层可以包括导电材料和粘合剂以及如上所述的正极活性物质。
[0037]导电材料可以包括例如碳基材料，例如石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管等。粘合剂可以包括树脂材料，例如聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯共聚物(PVDF
‑
co
‑
HFP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯等。
[0038]在示例性实施方案中，可以将回收得到的废本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于回收锂二次电池的活性金属的方法，其包括：由锂二次电池的正极制备正极活性物质混合物；依次并连续地进行使用第一还原反应气体的第一还原工艺和使用具有比所述第一还原反应气体的反应源浓度更高的反应源浓度的第二还原反应气体的第二还原工艺，以将所述正极活性物质混合物转化为初级前体混合物；和从所述初级前体混合物中回收锂前体。2.根据权利要求1所述的用于回收锂二次电池的活性金属的方法，其中，所述第一还原反应气体和所述第二还原反应气体包括氢气，并且所述第一还原反应气体的氢气浓度小于所述第二还原反应气体的氢气浓度。3.根据权利要求2所述的用于回收锂二次电池的活性金属的方法，其中，所述第一还原反应气体的氢气浓度在5体积％至15体积％的范围内，并且所述第二还原反应气体的氢气浓度为20体积％以上。4.根据权利要求2所述的用于回收锂二次电池的活性金属的方法，其中，所述第一还原反应气体的氢气浓度在5体积％至10体积％的范围内，并且所述第二还原反应气体的氢气浓度在20体积％至40体积％的范围内。5.根据权利要求1所述的用于回收锂二次电池的活性金属的方法，其中，所述第二还原工艺的反应温度高于所述第一还原工艺的反...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪锡俊，河铉培，金智玟，成珉志，孙成烈，
申请(专利权)人：SK新技术株式会社，
类型：发明
国别省市：