一种利用离子液体萃取锂离子电池浸出液金属离子的方法与流程

本发明属于废旧锂离子电池正极材料回收再利用技术领域，涉及一种基于绿色溶剂离子液体的萃取分离，实现废旧镍钴锰酸锂电池正极片浸出液金属离子萃取分离的方法。

背景技术：

随着全球能源结构的调整以及电子信息等科技的发展，手机、笔记本电脑、新能源汽车等各种电子设备基本都需要锂电池。我国2010年锂电池产量是26.87亿只，而随着新能源汽车尤其是纯电动汽车的快速发展，2018年全国锂电池产量达到139.87亿只。由于锂电池使用过程中充放电次数增加导致的不可避免的容量衰减，锂电池终将报废，成为一座巨大的城市矿山。有研究估计，到2020年，中国废旧锂电池总量将达到250亿只，重量约为50万吨。另有报告指出2030年全球报废锂电池将达到1100万吨。

锂电池中大量的有价金属锂、镍、钴、铝、铜的回收也已引起广泛关注，发展了多种技术以提高有价金属回收率，降低固体废物管理风险。经典的回收技术物理过程-机械分离、热处理、机械化学、溶出；化学过程酸浸、生物浸出、溶剂萃取、化学沉淀、电化学过程等。常见的文献报道用有机酸（柠檬酸、苹果酸等），无机酸（盐酸、硫酸等）对电池正极片金属离子浸出，再通过后续处理萃取/沉淀分离，进行回收利用。

传统液液萃取用到的萃取剂大多是易燃、挥发性或有毒性，例如煤油、十二烷、甲苯、二氯甲烷等。离子液体作为一种绿色溶剂，是指由离子组成的液体，在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，低挥发性且不易燃。因为溶剂萃取需要与水不混溶的离子液体，所以离子液体的选择限于疏水性离子液体。在萃取时，离子液体组分在水相中溶解。阳离子在萃取金属离子期间往往会丢失，而离子液体阴离子在提取阴离子金属配合物时可能会丢失。这些损失通过对离子的结构修饰可以减少，通过增加烷基链长度或氟化来制备离子液体。

随着工艺安全清洁生产的需要，对回收价值较高的废旧镍钴锰酸锂电池正极片浸出液，发展基于离子液体的绿色可持续萃取分离过程尤为必要。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于离子液体的绿色萃取分离方法，实现废旧镍钴锰酸锂电池正极片浸出液金属离子的萃取分离。

本发明为了实现上述目的，提出了一种利用离子液体萃取锂离子电池浸出液中金属离子的方法，包括以下步骤。

1、萃取过程：离子液体中加入一定体积的水以降低粘度，取萃取剂与锂电池正极片金属离子浸出液以一定体积比混合，在40-80摄氏度条件下，振荡混合一定时间。

2、分离过程：5000转每分钟的条件下，离心2分钟，萃取相与萃余相分层，分离两相。

3、反萃过程：萃取相中加入一定体积的反萃取剂混合，在40-80摄氏度条件下，振荡混合一定时间，分层后分离两相，得到再生的离子液体。

通过上述再生的萃取剂可用于循环萃取使用，循环效果稳定。

发明的作用与效果

本发明所取得的有益效果为：1）利用绿色溶剂离子液体实现废旧锂电池浸出液金属离子萃取分离，无需添加有机溶剂稀释剂；2）反萃取剂简单易得，不需要使用酸溶液反萃；3）萃取剂稳定性好，能够多次循环利用；4）绿色溶剂离子液体对废旧锂电池金属离子浸出液的萃取容量高。

附图说明

图1为本发明利用离子液体萃取锂离子电池浸出液中金属离子的流程图。

图2为本发明利用离子液体萃取-反萃取循环时各种金属离子在萃取体系中的分配系数。

图3为本发明利用离子液体连续萃取循环时（无反萃取）各种金属离子在萃取体系中的分配系数及钴锰离子的累计萃取容量。

具体实施方式

实施案例1：离子液体萃取-反萃取循环。

具体内容如下：

步骤一：

萃取过程：离子液体中加入一定体积的水稀释降低粘度，取5ml萃取剂与锂电池正极片金属离子浸出液等体积混合，在60摄氏度条件下，振荡混合15分钟。锂电池正极片金属离子浸出液中，各金属离子的浓度为镍离子4502ppm、钴离子1782ppm、锰离子2846ppm、锂离子734ppm。

步骤二：

分离过程：5000转每分钟的条件下，离心2分钟，萃取相与萃余相分层，分离两相。

步骤三：

反萃过程：萃取相中加入一定体积的水混合，在60摄氏度条件下，振荡混合15分钟，分层后分离两相，得到再生的离子液体。

步骤四：

循环萃取过程：取5ml再生的离子液体萃取剂与锂电池正极片金属离子浸出液等体积混合，重复萃取-分离-反萃取过程。通过电感耦合等离子体发射光谱仪(icp-oes)测定水相金属离子浓度，计算金属离子分配比。结果如图2所示。离子液体萃取循环效果稳定。

实施案例2：离子液体连续萃取循环。

具体内容如下：

步骤一：

萃取过程：离子液体中加入一定体积的水稀释降低粘度，取5ml萃取剂与锂电池正极片金属离子浸出液等体积混合，在60摄氏度条件下，振荡混合15分钟。锂电池正极片金属离子浸出液中，各金属离子的浓度为镍离子4502ppm、钴离子1782ppm、锰离子2846ppm、锂离子734ppm。

步骤二：

分离过程：5000转每分钟的条件下，离心2分钟，萃取相与萃余相分层，分离两相。

步骤三：

循环萃取过程：取5ml步骤二中萃取剂与锂电池正极片金属离子浸出液等体积混合，重复萃取-分离-萃取过程。未对萃取剂进行反萃取。通过电感耦合等离子体发射光谱仪(icp-oes)测定水相金属离子浓度，计算金属离子分配比及萃取容量。结果如图3所示。本发明中离子液体连续循环12次，锰的饱和萃取容量为14.8g/l，钴的累计萃取容量达到18.9g/l。

技术特征：

技术总结
本发明属于废旧锂离子电池正极材料回收再利用技术领域。本发明提供一种基于离子液体的绿色萃取分离方法，实现废旧镍钴锰酸锂电池正极片浸出液金属离子的萃取分离。本发明涉及的一种利用离子液体萃取锂离子电池浸出液金属离子的方法，包括萃取、分离、反萃取等步骤，实现废旧锂电池浸出液金属离子的萃取分离，无需添加有机溶剂稀释剂，萃取剂稳定性好，能够多次循环利用，萃取容量高。

技术研发人员：付明来;徐垒
受保护的技术使用者：中国科学院城市环境研究所;中国科学院大学
技术研发日：2019.02.26
技术公布日：2019.04.30