【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电子废弃物资源化，具体的说，涉及一种利用秸秆协同锂离子电池集流体铝还原三元正极粉以制备镍钴锰前驱体的方法。
技术介绍
1、新能源汽车产业的快速发展带来了一系列挑战，其中之一就是报废锂电池的处理问题。随着锂电池数量的持续增长，报废锂电池的产生量也将随之增加，这些报废锂电池如果处理不当，不仅会对环境造成污染，还可能引发安全隐患。
2、目前常用的回收废旧锂离子电池正极材料的方法有火法和湿法，湿法回收包括酸浸法、氨浸法、生物法及低共熔溶剂法；虽然湿法冶金法所需的能量比火法冶金法少，但需要使用较多试剂，并且产生水污染。火法回收工艺操作简单、流程短、处理量大，是较为成熟的回收工艺；但存在能耗高、产生二次污染气体等缺点。与传统火法工艺相比，通过低温热化学法回收金属并制得前驱体更具有环境友好性。
3、一般来说，通常采用硝酸盐焙烧和碳还原焙烧方法来实现废三元锂离子电池中li、ni、co、mn的选择性转化。经过这样的焙烧后，li转化为可溶的金属硫酸盐、硝酸盐或碳酸盐，而ni、co、mn和其他金属则以不溶金属或其氧化物的形式存在。随后，li可以通过简单的水浸或低酸浸从ni、co、mn等金属中分离出来，不需要任何还原剂。专利《一种通过碳热还原从退役锂离子电池黑粉中回收碳酸锂的方法》（邵鹏辉，cn113921931a）公开了一种通过碳热还原从退役锂离子电池黑粉中回收碳酸锂的方法，该方法采用负极石墨作为还原剂，在不放电、不拆解分离的条件下直接将退役锂离子电池破碎筛分后得到黑粉，经过焙烧后用水浸法回收锂，但碳热还原的温度
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出一种利用秸秆协同锂离子电池集流体铝还原三元正极粉以制备镍钴锰前驱体的方法。考虑到锂离子三元正极材料包括活性材料、粘结剂、导电碳和集流体铝，而从集流体中分离活性物质具有难度，同时正极材料中al的用量很高且al具有还原性的特点，本专利技术以锂离子电池正极集流体铝和秸秆热解产物作为还原剂，大大减少了需要添加的还原剂量且能在较低温度下完成焙烧，同时避免了以铝作为还原剂时产生难处理的铝酸锂。当铝和碳同时存在时产生协同效应，能以更低的温度实现还原并且产生易处理的碳酸锂。处理过程能耗小，回收方法绿色环保、经济高效、工艺简单，符合废旧锂离子电池正极材料回收行业产业化应用的要求。
2、本专利技术利用秸秆作为生物质材料，在焙烧过程中生成还原性气体、生物碳与集流体铝之间协同反应，将废旧锂离子电池中li和ni、co、mn有效分离，利用简单的碳酸水浸法回收有价金属li并且可通过碱浸制备镍钴锰前驱体。本专利技术的技术方案具体介绍如下。
3、一种利用秸秆协同锂离子电池集流体铝还原三元正极粉以制备镍钴锰前驱体的方法，经过放电预处理的废旧锂离子电池通过拆解得到正极片，再经过破碎处理得到废旧锂离子电池正极粉；秸秆进行破碎、筛分得到秸秆粉；将废旧锂离子电池正极粉与秸秆粉混合后进行热化学处理，还原后的焙烧粉通过碳酸水浸法回收滤液和滤渣；具体步骤如下：
4、（1）将废旧三元锂离子电池依次进行放电、干燥和拆解处理得到正极片，将正极片粉碎得到正极粉a；将秸秆进行粉碎、筛分得到秸秆粉b；
5、（2）将正极粉a与秸秆粉b研磨混合，得到混合粉c；
6、（3）将混合粉c后置于管式炉中进行焙烧，得到焙烧粉d；
7、（4）将焙烧粉d进行碳酸水浸处理，浸出结束后，固液分离处理，得到富锂滤液e和含有镍钴锰化合物的滤渣f；
8、（5）将滤渣f经过碱浸处理，得到镍钴锰前驱体。
9、本专利技术中，步骤（1）中，将废旧三元锂离子电池置于nacl溶液中放电后，60-80℃的温度下真空干燥，拆分的正极片带有集流体铝箔，粉碎后正极粉a的粒径<0.15mm，秸秆粉b过20目。
10、本专利技术中，步骤（2）中，混合粉c由正极粉a和秸秆粉b研磨3-10min制得，正极粉a和秸秆粉b的质量比为1：0.1-1：6。优选的，质量比为1：2-1：4。
11、本专利技术中，步骤（3）中，焙烧条件下如下：在保护性氮气气氛下，以8-15℃/min的升温速率加热到550-750℃的温度后，保温30-150min，再自然冷却到室温，取出焙烧粉d。优选的，升温速率为10℃/min，焙烧温度为600-700℃，焙烧时间为60-120min。更优选的，焙烧温度为650℃，焙烧时间为90min。
12、本专利技术中，步骤（4）中，碳酸水浸处理条件为：按照co2流量为60ml/min、液固比为5:1-25:1ml/g，将焙烧粉d置于30-80℃温度的水中搅拌浸出30-90min，浸出结束后，浸出结束后，抽滤，将富锂滤液e烘干，得到li2co3产物。优选的，液固比为5:1-15:1ml/g，搅拌浸出温度为30-60℃，浸出时间为30-60min。
13、本专利技术中，步骤（5）中，滤渣f内镍钴锰以氧化物存在，碱浸处理用于除去滤渣中的al离子，制得镍钴锰前驱体；碱浸处理条件为：按照液固比10:1-60:1ml/g，将滤渣f置于浓度为1-3mol/l的naoh溶液中，在30-80℃的温度下浸出30-90min。优选的，液固比30:1-50:1ml/g，naoh浓度为2-3mol/l，温度为60-80℃，时间为60-90min。
14、以上，本专利技术利用生物质废弃物秸秆作为绿色还原剂，驱动碳热还原，通过温和的火法冶金途径从废旧三元锂离子电池正极粉中回收金属资源。进一步的，采用低温焙烧的方法回收废旧三元锂离子电池中的锂镍钴锰元素，本专利技术集流体铝能显著降低焙烧还原的温度，同时协同秸秆热解产生的还原性气体及生物碳，使氧化锂或碳酸锂先于铝热还原过程中难处理的铝酸锂产生，而铝以氧化物形式存在；同时可用简单的水浸法和碱浸分离锂镍钴锰元素，得到碳酸锂和镍钴锰前驱体，进而通过添加元素氧化焙烧可用于制备新的三元正极材料。
15、相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
16、（1）农业生产过程中秸秆的产量达到了40%~60%，本方法以秸秆热解产生的还原性气体以及生物碳作为还原剂，为更好地实现秸秆能源化和资源化提供了技术支持。
17、（2）本方法充分利用了集流体铝与秸秆还原过程中的协同作用，选择性的分离出了碳酸锂，使后续处理过程更简便，整个回收过程绿色环保、工艺简单，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。
18、（3）本方法工艺简单，采用的低温焙烧-水浸等工艺能耗低、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种利用秸秆协同锂离子电池集流体铝还原三元正极粉以制备镍钴锰前驱体的方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，将废旧三元锂离子电池置于NaCl溶液中放电后，60-80℃的温度下真空干燥，拆分的正极片带有集流体铝箔，粉碎后正极粉A的粒径<0.15mm；秸秆粉B过20目。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，混合粉C由正极粉A和秸秆粉B研磨3-10min制得，正极粉A和秸秆粉B的质量比为1:0.1-1:6。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，正极粉A和秸秆粉B的质量比为1:2-1:4。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，焙烧条件下如下：在保护性氮气气氛下，以8-15℃/min的升温速率加热到550-750℃的温度后，保温30-150min，再自然冷却到室温，取出焙烧粉D。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，焙烧温度为600-700℃，焙烧时间为60-120min。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，液固比为5:1-15:1mL/g，浸出温度为30-60℃，浸出时间为30-60min。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）中，碱浸处理条件为：按照液固比为10:1-60:1mL/g，将滤渣F置于浓度为1-3mol/L的NaOH溶液中，在30-80℃的温度下浸出30-90min，除去滤渣中的Al离子，制得镍钴锰前驱体。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，液固比为30:1-50:1mL/g，NaOH浓度为2-3mol/L，浸出温度为60-80℃，浸出时间为60-90min。
...【技术特征摘要】
1.一种利用秸秆协同锂离子电池集流体铝还原三元正极粉以制备镍钴锰前驱体的方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，将废旧三元锂离子电池置于nacl溶液中放电后，60-80℃的温度下真空干燥，拆分的正极片带有集流体铝箔，粉碎后正极粉a的粒径<0.15mm；秸秆粉b过20目。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，混合粉c由正极粉a和秸秆粉b研磨3-10min制得，正极粉a和秸秆粉b的质量比为1:0.1-1:6。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，正极粉a和秸秆粉b的质量比为1:2-1:4。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，焙烧条件下如下：在保护性氮气气氛下，以8-15℃/min的升温速率加热到550-750℃的温度后，保温30-150min，再自然冷却到室温，取出焙烧粉d。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，焙烧温度为600...
【专利技术属性】
技术研发人员：马恩，吴彦，张承龙，王瑞雪，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：
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