一种深共晶溶剂回收再生废旧锂离子电池正极材料的方法技术

本发明专利技术属于锂电池回收及再生技术领域，具体涉及一种深共晶溶剂回收再生废旧锂离子电池正极材料的方法

【技术实现步骤摘要】
一种深共晶溶剂回收再生废旧锂离子电池正极材料的方法


[0001]本专利技术属于废弃锂离子电池回收处理领域，特别涉及一种深共晶溶剂回收再生废旧锂离子电池正极材料的方法
。

技术介绍

[0002]由于锂离子电池
(LIBs)
具有显著的电化学性能优势，新能源汽车以及便携式电子产品大量使用锂电池作为动力来源
。
随着新能源市场的不断扩大，电池回收市场也在不断扩大
。
因为
LIBs
使用寿命有限，当
LIBs
充放电次数增多，电池内部电极结构破坏，电池需要更换或者报废
。
虽然
LIBs
中的原料可以通过采矿获得，但是废弃
LIBs
富含有价值的金属，对废弃
LIBs
回收是有着巨大的经济价值的，可以减少对矿山原料的需求
。
除此之外，废弃
LIBs
中的有害物质和重金属对于环境和生物有着极大的危害，因此，回收废弃
LIBs
对于环境保护也有着重要意义
。
出于对资源利用以及环境保护考虑，废弃
LIBs
的回收是有必要的
。
废弃
LIBs
电池中正极材料含有大量具有回收价值的金属，对于正极材料的回收方法主要有火法冶金和湿法冶金
。
火法冶金回收正极材料工艺简单
、
易分离不同的金属，但是火法冶金存在能耗高
、
大量污染物排放的问题
。
湿法冶金回收正极材料能耗低，回收物质纯度高受到关注
。
湿法冶金中包含碱
、
无机酸和有机酸浸出
。
其中，碱性浸出溶剂常依靠氨与过渡金属
Li、Ni、Co
的络合能力选择性浸出金属离子，在氨浸浸出过程中存在产生杂质以及还原剂产生废水的问题
。
无机酸
(
例如
H2SO4，
HNO3和
HCl)
常配和还原剂使用，浸出效率高，但是无机酸对环境污染大也不可再生
。
针对无机酸浸出上的缺点，人们将目光投向有机酸浸出废弃
LIBs
正极活性材料的开发使用
(
例如柠檬酸，酒石酸，
dl
‑
苹果酸
)
，有机酸浸出相比无机酸浸出对环境污染小，但是有机酸浸出时间长，浸出效率有限
。
传统工艺可以从废锂离子电池正极材料中浸出金属离子，但对实现废锂离子电池正极活性材料的可持续回收的研究较少，我们需要探索新的回收技术做到正极材料的可持续回收利用和减少二次污染
。
[0003]深共晶溶剂
(DES)
可以作为一个合适的浸出剂
。
深共晶溶剂
(DESs)
是由氢键受体
(HBA)
和氢键供体
(HBD)
通过氢键的作用形成的共晶混合物，具有一系列优点如可忽略的蒸汽压
、
高热稳定性
、
不可燃性
、
可设计性以及溶解金属氧化物的能力
。
目前，
DES
作为浸出剂在废弃
LIBs
回收上的研究常是由于其低污染
、
易合成
、
成本低的特点出发
。
然而，
DES
浸出正极材料的研究多是研究浸出过程，对金属离子经过
DES
浸出后的循环利用研究很少
。
对于
DES
浸出液中不同种类的金属离子常使用化学沉淀和溶剂萃取剂在特定的条件下对对应的金属离子进行回收，这样的方法步骤多，时间长，而且溶剂萃取剂成本贵，增加了回收成本以及时间成本
。
[0004]所以，开发一种在浸出液中实现金属离子直接形成正极材料前驱体的工艺，实现在浸出液中减少针对不同金属离子分别回收的复杂性以及废弃锂离子电池正极材料的循环利用具有重要意义
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种深共晶溶剂回收废弃锂离子电池正极材料并且在浸出液中直接再生正极材料前驱体的方法，实现减少深共晶溶剂浸出液中镍
、
钴
、
锰金属离子分离的步骤以及废弃锂离子电池正极材料的循环再生
。
[0006]本专利技术采用深共晶溶剂浸出废旧锂离子电池正极材料以及在浸出液中再生正极材料前驱体的方法是按以下步骤进行的：
[0007]一
、
将氢键受体
(
盐酸胍
)、
氢键供体
(
甲酸
)
按照摩尔比1：
(2
～
6)
加入至圆底烧瓶中，
80℃
下加热搅拌至得到均匀澄清的深共晶溶剂
(DES)
；
[0008]二
、
浸出实验中，将废旧正极材料加入
DES
中，转移到圆底烧瓶中；废旧正极材料与
DES
的固液质量比为
0.5
～
5:50(g/g)。
将带有冷凝装置的圆底烧瓶置于油浴锅中以
450rpm
搅拌速度在
70
～
160℃
温度下搅拌
20
～
100min
，浸出废旧正极材料中的金属元素，得到浸出液
。
[0009]三
、
将步骤二中的浸出液过滤得到含锂
、
镍
、
钴
、
锰的过滤液，稀释后测定过滤液中锂
、
镍
、
钴
、
锰元素含量，根据所要制备的正极材料的镍钴锰前驱体的元素摩尔比添加镍源
、
钴源
、
锰源调节镍
、
钴
、
锰离子的摩尔比，使其符合镍钴锰前驱体中金属的配比，得前驱体溶液
。
[0010]四
、
向步骤三得到的前驱体溶液中加入与金属离子等摩尔量的草酸溶液，将溶液在
60℃
的油浴锅中以
450rpm
的速度搅拌
9h
发生共沉淀反应
。
共沉淀反应结束后，过滤收集产物用无水乙醇和去离子水反复洗三次洗去有机成分后，放入
65℃
的真空干燥箱中干燥
12h
，得到正极材料前驱体
(Ni
0.5
Co
0.2
Mn
0.3
)C2O4。
[0011]五
、
将
(Ni
0.5
Co
0.2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种深共晶溶剂回收废旧锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
配制深共晶溶剂；所述深共晶溶剂以盐酸胍作为氢键受体
、
甲酸作为氢键供体；
(2)
将废旧正极材料与深共晶溶剂混合，在
70
～
160℃
油浴中加热搅拌
20
～
100min
，得浸出液；
(3)
将步骤
(2)
的浸出液过滤，收集含锂
、
镍
、
钴
、
锰的过滤液；
(4)
测定过滤液中锂
、
镍
、
钴
、
锰元素含量，根据所要制备的正极材料的镍钴锰前驱体的元素摩尔比添加镍源
、
钴源
、
锰源调节镍
、
钴
、
锰的元素摩尔比，使其符合镍钴锰前驱体中金属的配比，得前驱体溶液；
(5)
向步骤
(4)
的前驱体溶液中加入与金属离子等摩尔量的草酸溶液，共沉淀反应；过滤收集共沉淀产物，洗涤
、
干燥即得正极材料前驱体
(Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
)C2O4；
(6)
将正极材料前驱体
(Ni
x
Co
y
Mn1‑
x
‑
y
)C2O4添加锂源后煅烧制得再生正极材料
。2.
根据权利要求1所述的深共晶溶剂回收废旧锂离子电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：任玉荣，杨黄杰，丁正平，孙雨昊，李静，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：