【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1、锂离子电池(lithium-ion battery，lib)由于其高比容量、高功率密度和长的可循环性而为流行的便携式电源。随着技术的快速发展，lib的使用急剧增加，从而使得其回收在经济上和环境上二者均是迫切的需求。
2、净零转型对行星地球的未来而言是至关重要的开始。这个宏伟的方案具有数个分支，包括空气污染和固体废料管理，以及能源使用的减少。电动车辆(electric vehicle，ev)的出现及其改进预示着用于解决上述问题的有效途径。国际能源署(internationalenergy agency，iea)最近发布了这样的报告：所述报告给出了详述的针对ev需求增长的全球前景，显示销量已从2012年的全球120,000辆车增加至2022年第一季度的200万辆销售车辆。还预计到2030年底，ev的总数量达到2100万辆。
3、然而，电池单元成分在这些可再充电电源中起着关键作用，由于这些组分的全球资源有限，因此这是瓶颈。特别地，预计用于ev的高能量阴极材料中使用的钴(co)成为lib供应链中的限制。根据美国地质调查局(us geological survey，usgs)，760万公吨是对全球已证实的钴储量的估算。除了这些储量的分布不成比例之外，汽车工业的电气化也持续增加了对这种过渡金属的需求，到2025年117,000公吨的估算量。
技术实现思路
1、本公开内容提供了以下策略：使用包含四氯铝酸根阴离子(alcl4-)的氯铝酸根离子液体或有机溶剂中
2、在不适当的lib回收的情况下，电解质与水的反应可能产生危险气体，同时阴极中的重金属例如co、镍(ni)或锰(mn)可能在土壤或地下水中引起严重污染。因此，在不久的将来面临显著短缺或环境挑战之前回收这些电池材料是重要的。一些工业回收方法以预处理步骤开始以提高效率并对具有不同物理特性的电池废料的一些部分进行分离。在预处理(化学处理、机械处理、热处理、或其他)之后，可以将电池废料流准备用于不同的加工路线。许多地区利用火法冶金方法。尽管贵金属例如co、ni、或cu的回收效率高，但这种方法不能回收锂，因为锂以氧化物和气体的形式逸出，或者作为熔渣保持不可回收。此外，该过程的性质是热侵害的并因此需要高能耗。另一种商业化的回收途径是湿法冶金，其中采用有机或无机酸溶液浸出作为离子的有价值的阴极材料，从而使用相对低的能量提供高回收效率。然而，问题在于腐蚀性试剂对环境和工作人员二者有害的事实。
3、相比之下，在氯铝酸根离子液体或有机溶剂中的alcl3溶液充当反应介质的情况下，提供了酸的更绿色且安全得多的替代物。
4、在一个实例中，存在于由1:1摩尔比的1-乙基-3-甲基咪唑氯化物(emimcl)和氯化铝(alcl3)构成的室温离子液体中的四氯铝酸根阴离子(alcl4-)可以有效地从废li离子电池中的氧化锂钴(licoo2)阴极中提取锂(li)和钴(co)。实验分析表明，alcl4-与licoo2之间的强亲合性可以使能够从licoo2中提取锂以形成氯化锂(licl)。作为结果，licoo2中的co(iii)被氧化物还原为co(ii)，并产生氧气。uv-vis和x射线光电子能谱(xps)分析表明，co(ii)可以以四氯化钴(cocl42-)阴离子形式存在。alcl4-转变为由氯氧化铝/氯化氧化铝(aluminum oxide and chloride/aluminum oxychloride)构成的无定形化合物。锂和钴二者的提取效率达到100％，并且99.4％的al内容物(作为alcl4-)可以通过将氯化氧化铝转化为al氧化物，然后进行水冲洗来除去。随后可以将钴以氢氧化钴(co(oh)2)形式以99.7％的回收率回收。
5、在另一个实例中，氯化铝(alcl3)在由乙醇表示的有机溶剂中的溶液可以从废li离子电池中的氧化锂钴(licoo2)和lini0.6mn0.2co0.2o2阴极中有效地提取锂(li)、钴(co)、镍(ni)和锰(mn)。具体地，乙醇中的alcl3溶液可以在温和加热条件下将licoo2和lini0.6mn0.2co0.2o2阴极快速溶解。uv-vis光谱分析表明在溶液中形成了过渡金属(co、ni和mn)四氯化物阴离子，以及将乙醇蒸发产生包括锂氯化物、过渡金属氯化物和包含al的无定形化合物的固体产物。通过在150℃下的温和热处理，包含al的化合物可以转化为不溶于水中的铝氧化物，随后将其通过用水冲洗来除去。所得水溶液可以包含99.5％的从阴极材料中提取的过渡金属。
6、这些使用氯铝酸根离子液体和有机溶剂中的alcl3溶液以回收锂离子电池的各种例示方法可以通过避开其他技术而具有许多优点和益处。这些方法可以允许低排放，低能耗，从锂离子电池阴极材料中纯提取过渡金属例如钴。
7、在一个实例中，回收锂离子电池阴极材料的方法可以包括用包含氯铝酸根阴离子的离子液体将锂离子电池阴极材料还原，并从锂离子电池阴极分离材料。
8、在另一个实例中，回收锂离子电池阴极材料的方法可以包括用alcl3的有机溶液将锂离子电池阴极材料还原，并从锂离子电池阴极分离材料。
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1.一种回收电池阴极材料的方法，所述方法包括用包含氯铝酸根离子的液体将所述电池阴极材料还原，并从所述电池阴极材料分离材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含氯铝酸根离子的液体包括具有路易斯中性氯铝酸根阴离子的离子液体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含氯铝酸根离子的液体包括具有四氯铝酸根阴离子的离子液体。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含氯铝酸根离子的液体包括氯化铝的有机溶液。
5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述电池阴极材料还原包括向所述电池阴极材料中添加1-乙基-3-甲基咪唑四氯铝酸根离子液体。
6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述电池阴极材料还原包括向所述电池阴极材料中添加四氯铝酸根离子液体。
7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述阴极材料还原包括以1:2摩尔比向所述阴极材料中添加四氯铝酸根离子液体。
8.根据权利要求1所述的方法，其中将所述阴极材料还原包括以1:10摩尔比向所述阴极材料中添加四氯铝酸根离子液体。
9.根据权利要求1所述的方
10.根据权利要求1所述的方法，其中将所述阴极材料还原包括向所述电池阴极材料中添加EtOH-AlCl3溶液。
11.根据权利要求1所述的方法，从所述电池阴极材料分离材料包括从所述电池阴极材料中分离并除去钴。
12.根据权利要求1所述的方法，从所述电池阴极材料分离材料包括从所述电池阴极材料中分离并除去锂。
13.根据权利要求1所述的方法，其中从所述电池阴极材料分离材料还包括离心。
14.根据权利要求1所述的方法，其中从所述电池阴极材料分离材料包括提取作为阳离子的钴。
15.根据权利要求1所述的方法，其中从所述电池阴极材料分离材料包括提取阴极活性材料。
16.根据权利要求1所述的方法，其中从所述电池阴极材料分离材料包括在没有排放的情况下提取阴极活性材料。
17.根据权利要求1所述的方法，其中从所述电池阴极材料分离材料包括在室温下提取阴极活性材料。
18.根据权利要求1所述的方法，还包括在将所述锂离子电池阴极材料还原之前制备所述包含氯铝酸根离子的液体。
19.根据权利要求18所述的方法，其中制备所述包含氯铝酸根离子的液体包括以1:1的摩尔比将AlCl3混合在EMIMCl中。
20.根据权利要求18所述的方法，其中制备所述包含氯铝酸根离子的液体包括向EMIMCl中逐渐添加无水AlCl3粉末。
21.根据权利要求18所述的方法，其中制备所述包含氯铝酸根离子的液体包括向乙醇中添加无水AlCl3。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种回收电池阴极材料的方法，所述方法包括用包含氯铝酸根离子的液体将所述电池阴极材料还原，并从所述电池阴极材料分离材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含氯铝酸根离子的液体包括具有路易斯中性氯铝酸根阴离子的离子液体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含氯铝酸根离子的液体包括具有四氯铝酸根阴离子的离子液体。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含氯铝酸根离子的液体包括氯化铝的有机溶液。
5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述电池阴极材料还原包括向所述电池阴极材料中添加1-乙基-3-甲基咪唑四氯铝酸根离子液体。
6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述电池阴极材料还原包括向所述电池阴极材料中添加四氯铝酸根离子液体。
7.根据权利要求1所述的方法，其中将所述阴极材料还原包括以1:2摩尔比向所述阴极材料中添加四氯铝酸根离子液体。
8.根据权利要求1所述的方法，其中将所述阴极材料还原包括以1:10摩尔比向所述阴极材料中添加四氯铝酸根离子液体。
9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述阴极材料还原包括以1:50摩尔比向阴极材料中添加四氯铝酸根离子液体。
10.根据权利要求1所述的方法，其中将所述阴极材料还原包括向所述电池阴极材料中添加etoh-alcl3溶液。
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭居晨，史家琰，章健，纳斯塔兰·绍亚拉扎维，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：
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