从废旧三元锂离子电池中回收高纯度碳酸锂的方法技术

本发明专利技术公开了一种从废旧三元锂离子电池中回收高纯度碳酸锂的方法，包括以下步骤：(1)将废旧三元锂离子电池进行预处理，分离得到负极的碳粉材料和正极材料；(2)将正极材料和碳粉混合在氮气氛围，一定温度条件下反应一段时间，得到碳热还原产物；(3)将碳热还原产物加入水中进行浸出反应一段时间，然后过滤得到碳热还原产物浸出液；(4)将碳热还原产物浸出液蒸发结晶得到Li2CO3。本发明专利技术的方法，降低投入和能耗的同时，不引入新的杂质且容易分离，整个流程不产生酸性或碱性废液，无二次污染，同时使用负极的碳粉可起到废物利用的作用。使用负极的碳粉可起到废物利用的作用。使用负极的碳粉可起到废物利用的作用。

【技术实现步骤摘要】
从废旧三元锂离子电池中回收高纯度碳酸锂的方法


[0001]本专利技术涉及废旧电池回收
，特别涉及一种从废旧三元锂离子电池中回收高纯度碳酸锂的方法。

技术介绍

[0002]由于锂离子电池广泛应用于电子便携设备、电动汽车、电力运输和电网存储等多个领域，使用量巨大。正在产生或即将产生的大量的废弃锂离子电池将会对环境和人们的生活带来巨大影响，而其中大部分锂离子电池为三元电池。如果不安全处置，电池中有毒和易燃元素或化合物的存在可能变得危险并对环境造成严重问题。
[0003]废旧三元正极材料是废旧三元锂离子电池正极的主要组成部分，其所含金属元素种类繁多，回收技术难度大，是废旧三元锂离子电池无害化处理及回收利用的重点及难点部分，而负极上的碳粉的回收利用常常被忽视，不利于整体上的废旧三元锂离子电池回收处置。目前关于废旧三元正极材料回收方法的研究中，主要包括湿法回收、再生回收以及火法回收。
[0004]湿法回收指使用有机酸、无机酸、碱等作为浸出剂，在还原剂的辅助下，对废旧正极材料进行还原浸出。湿法回收锂电池工艺目前普遍存在着元素分离困难、产生废液多和锂产品回收率不高等问题。
[0005]再生回收指使用高温烧结或者共沉淀等方法，在元素补充剂的添加下，对废旧三元正极材料进行直接再生。目前回收工艺普遍存在投入成本高、条件苛刻、失败率高等情况，仅可在实验室内进行实验探究，现实生产指导意义较小。
[0006]火法回收是指在高温焙烧、气体辅助的条件下，对正极材料进行还原处理，加入酸式盐或酸作为辅助，但会产生有害气体，需要额外的后续处理，工艺较长，且都会使负极上的碳粉造成浪费。因此寻找一种绿色、高效的从废旧三元正极材料中回收锂的方法，符合当前可持续发展的基本要求，具有重要的意义。
[0007]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种从废旧三元锂离子电池中回收高纯度碳酸锂的方法，从而克服从废旧三元正极材料中回收锂的化学试剂使用量过多、工艺流程长、产物纯度低和二次污染等的缺点。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了一种从废旧三元锂离子电池中回收高纯度碳酸锂的方法，包括以下步骤：
[0010](1)将废旧三元锂离子电池进行预处理，分离得到负极的碳粉材料和正极材料；
[0011](2)将步骤(1)处理后的正极材料和碳粉混合在氮气氛围，一定温度条件下反应一段时间，得到碳热还原产物；
[0012](3)将步骤(3)的碳热还原产物加入水中进行浸出反应一段时间，然后过滤得到碳热还原产物浸出液；
[0013](4)将步骤(3)的碳热还原产物浸出液蒸发结晶得到Li2CO3。
[0014]优选地，上述技术方案中，步骤(1)的预处理包括：
[0015]1)先将废旧三元锂离子电池进行放电，分离出正极极片和负极极片；
[0016]2)将负极极片的碳粉研磨过筛得到碳粉样品，将正极极片在一定温度下焙烧一段时间，冷却后剥离极片上的正极材料，研磨过筛得到正极材料。
[0017]优选地，上述技术方案中，步骤1)中放电为，将废旧三元锂离子电池置于盐溶液中进行放电12
‑
72h。
[0018]优选地，上述技术方案中，盐溶液为NaCl溶液或KCl溶液，盐溶液的质量浓度为10
‑
90％。
[0019]优选地，上述技术方案中，正极极片焙烧的温度为400
‑
700℃，焙烧时间为10
‑
60min。
[0020]优选地，上述技术方案中，步骤(2)中正极材料和碳粉反应温度为550
‑
800℃，反应时间为10
‑
120min。
[0021]优选地，上述技术方案中，步骤(2)中碳粉占混合粉末的质量占比为10
‑
25％。
[0022]优选地，上述技术方案中，步骤(3)中的水为超纯水，碳热还原产物与水混合的固液比为5
‑
15g/L。
[0023]优选地，上述技术方案中，步骤(3)的反应为，在室温下碳热还原产物在水中反应30
‑
120min。
[0024]优选地，上述技术方案中，步骤(4)中碳热还原产物浸出液先煮沸再进行蒸发结晶，蒸发结晶的温度为80
‑
95℃，蒸发结晶时间为1
‑
10h。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0026](1)本专利技术从废旧三元锂离子电池中回收高纯度碳酸锂的方法，通过利用负极的碳粉作为还原剂，将锂转化为易溶于水的Li2CO3，同时其他物质转化不溶的金属单质和金属氧化物，避免的杂质的引入。后续浸出以超纯水为浸出剂，室温下可将碳热还原产物的中的Li2CO3浸出，降低投入和能耗的同时，不引入新的杂质且容易分离，整个流程不产生酸性或碱性废液，无二次污染，同时使用负极的碳粉可起到废物利用的作用。
[0027](2)本专利技术的方法，在高温焙烧、气体辅助的条件下负极材料与正极材料发生碳热还原反应。碳粉的加入可大大降低三元正极材料高温分解所需要的温度，并与分解产生的氧气反应生成还原性气体CO，与三元正极材料分解产生的NiO和CoO进一步反应，生成金属单质和CO2气体，CO2气体再同分解产生的Li2O反应生成Li2CO3，同时碳粉也是废旧三元锂离子电池中所含物质。因此碳粉可作为优良的废旧三元正极材料的还原剂。
附图说明
[0028]图1是根据本专利技术的从废旧三元锂离子电池中回收高纯度碳酸锂的方法的工艺流程图；
[0029]图2是根据本专利技术的方法不同温度下碳热还原产物的XRD图；
[0030]图3是实施例1根据本专利技术的方法蒸发结晶产物的EDS图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0032]除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
[0033]实施例1
[0034]一种从废旧三元锂离子电池中回收高纯度碳酸锂的方法，其工艺流程图如图1所示，包括废旧三元锂离子电池的预处理、正极材料碳热还原、超纯水浸出和蒸发结晶四个部分，具体步骤包括以下：
[0035](1)废旧三元锂离子电池的预处理：从市场购买型号为ICR
‑
18650的亿纬牌废旧三元锂离子电池，在20％浓度的NaCl溶液中放电48h后，采用手动拆解的方式去除电池外壳，分离正负极，剥离负极上的碳粉并研磨过120目筛得到碳粉实验样品，正极放置在马弗炉中在530℃的温度下焙烧30min，之后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从废旧三元锂离子电池中回收高纯度碳酸锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将废旧三元锂离子电池进行预处理，分离得到负极的碳粉材料和正极材料；(2)将步骤(1)处理后的正极材料和碳粉混合在氮气氛围，一定温度条件下反应一段时间，得到碳热还原产物；(3)将步骤(3)的碳热还原产物加入水中进行浸出反应一段时间，然后过滤得到碳热还原产物浸出液；(4)将步骤(3)的碳热还原产物浸出液蒸发结晶得到Li2CO3。2.根据权利要求1所述的从废旧三元锂离子电池中回收高纯度碳酸锂的方法，其特征在于，步骤(1)的预处理包括：1)先将废旧三元锂离子电池进行放电，分离出正极极片和负极极片；2)将负极极片的碳粉研磨过筛得到碳粉样品，将正极极片在一定温度下焙烧一段时间，冷却后剥离极片上的正极材料，研磨过筛得到正极材料。3.根据权利要求2所述的从废旧三元锂离子电池中回收高纯度碳酸锂的方法，其特征在于，步骤1)中放电为，将废旧三元锂离子电池置于盐溶液中进行放电12
‑
72h。4.根据权利要求3所述的从废旧三元锂离子电池中回收高纯度碳酸锂的方法，其特征在于，盐溶液为NaCl溶液或KCl溶液，盐溶液的质量浓度为10
‑
90％。5.根据权利要求2所述的从废旧三元锂离子电池中回收高纯度碳酸锂的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄魁，熊昊，董海丽，杨艺清，魏琳，黄国亮，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：