一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法

本发明属于电池回收再利用领域，具体涉及一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法。

背景技术：

1、目前，废旧锂离子电池的回收技术包括火法技术和湿法技术两种。火法回收过程技术涉及高温过程，耗能大，易产生有害气体。传统的湿法回收的第一步是将电池放电、拆解之后，取出其中的正极片。第二步是将正极活性材料从铝箔上剥离。正极活性材料剥离的方法主要有两种，一是利用n-甲基吡咯烷酮(nmp)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)等有机试剂溶解粘接剂聚偏氟乙烯(pvdf)，二是利用naoh溶液将铝箔溶解。第三步是利用无机酸、碱或有机酸对剥离的活性材料进行浸出。但浸出过程中所使用的无机酸和碱都属于强酸、强碱，这些试剂会对工作人员和环境带来巨大危害。有机酸浸出时受条件和工作能力限制，需要加入额外的还原剂才能提高效率。

2、低共熔溶剂des是一类新型的绿色溶剂，具有制备简单、对金属氧化物溶解性能好、不易挥发、可生物降解的优点，借助这些优点，可利用低共熔溶剂回收废旧锂离子电池，这样既能够避免对环境带来危害又能对金属进行高效的溶解。

3、公开号为cn111690813a，案件名称为利用低共熔溶剂浸出废旧锂离子电池中有价金属的方法，将废旧锂离子电池材料加入低共熔溶剂中，在20～40℃条件下进行超声波振荡，静置；将超声波处理后浆液进行过滤，分离得到含有价金属的浸出液。

4、公开号为cn111139499a，案件名称为基于微波辅助低共熔溶剂的锂离子电池重金属回收方法，配制低共熔溶剂；确定低共熔溶剂熔点温度；微波辅助低共熔溶剂溶解锂离子电池正极材料；将废弃的锂离子电池正极材料浸泡于低共熔溶剂中，并于微波加热装置中加热搅拌至锂离子电池正极材料完全溶解得到电解混合物；电解回收重金属；将电解混合物置于电解池中进行电解，通电一段时间后除锂离子外的重金属离子以氢氧化物的形式沉积于工作电极，将氢氧化物煅烧后得到合成锂离子电池正极材料所需的金属氧化物；继续通电锂离子以金属单质的形式沉淀于工作电极，过滤得到锂单质。通过微波辅助加强浸出，将浸出液中的金属以电解沉积的方式进行回收。

5、但以上方法往往需要对电池正极片进行剥离或者破碎得到正极活性材料粉末，这种方法不仅流程长、操作复杂，并且要使用额外的操作步骤或溶剂，使成本增加。另外，这些方法并不能合理的回收正极中的铝箔，造成资源浪费。

6、公开号为cn111607701a，案件名称为一种废旧锂离子电池正极金属回收的方法，从锂电池中拆解出正极片，按照6g/l～8g/l的固液比将正极片放入低共熔溶剂中，在150℃～300℃条件下，正极片与低共熔溶剂进行反应使正极片中的金属浸出，得到浸出液及铝箔，然后将浸出液过滤得到含有金属的离子的绿色透明滤液。利用低共熔溶剂在不分离铝箔的前提下完成浸出，采用电沉积或萃取的方法能够从滤液中回收金属。该方法需要达到150℃～300℃的温度，在浸出24小时以上时钴与锂仍没有达到90％以上的浸出率，效率低下。并且正极片与低共熔溶剂的固液比仅有6g/l～8g/l，这样小的固液比会导致试剂浪费，成本大大增加。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法，该方法简化了回收过程工艺，缩短了回收时间，避免了强酸强碱带来的环境污染问题，能够在正极片与三元低共熔溶剂的固液比较大的情况下将钴与锂有效浸出，提高了钴与锂的浸出率，而且铝箔也能够同时回收。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法，包括如下步骤：

4、将氢键受体氯化胆碱与氢键供体在室温下混合，在50℃～80℃下搅拌1～2个小时，混合均匀后形成中间混合流体；

5、向中间混合流体中加入溶解剂，在50℃～80℃下搅拌2～4小时，得到三元低共熔溶剂；

6、将小片正极片加入三元低共熔溶剂中，正极片与低共熔溶剂比例控制在10g/l～40g/l以内，加热70min～210min，得到钴与锂的浸出溶液和铝箔。

7、进一步的，氢键受体与氢键供体的摩尔比例为1:1至1:3。

8、进一步的，氢键供体为羟基乙酸、乳酸、苹果酸、丙二酸、柠檬酸和没石子酸中的任意一种。

9、进一步的，溶解剂与氢键受体的摩尔比为1:1至1:3。

10、进一步的，溶解剂为2-吡咯烷酮、乙烯脲、2-氨基苯甲酰胺、氨基己内酰胺、4-羟基-2-吡咯烷酮中的任意一种。

11、进一步的，小片正极片的获取过程如下：

12、利用氯化钠水溶液浸泡废旧锂离子电池使锂离子电池放电，去除外壳后取出正极片，将正极片裁剪成小片正极片。

13、进一步的，小片正极片的面积为1×1cm2～5×5cm2。

14、进一步的，氯化钠水溶液的质量比为20％。

15、进一步的，将小片正极片加入三元低共熔溶剂中进行加热70min～210min，得到钴与锂的浸出溶液和铝箔具体如下：

16、将小片正极片加入三元低共熔溶剂中，加热10min～30min后得到铝箔和从正极片上分离的活性材料，取出铝箔；

17、继续加热1h～3h，得到钴与锂的浸出溶液。

18、进一步的，加热温度控制在50℃～120℃。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、本发明公开了一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法，具体如下：将氢键受体氯化胆碱与氢键供体在室温下混合，在50℃～80℃下搅拌1～2个小时，混合均匀后形成中间混合流体。向中间混合流体中加入溶解剂，在50℃～80℃下搅拌2～4小时，得到三元低共熔溶剂。实验中无需额外的其他试剂或溶液，避免了试剂的过量浪费。将小片正极片加入三元低共熔溶剂中，正极片与低共熔溶剂比例控制在10g/l～40g/l以内，加热70min～210min，得到钴与锂的浸出溶液和铝箔。过程中，铝箔不会三元低共熔溶剂溶解，被完整的保留下来，而钴和锂被溶解到溶剂中，使其有效的分离。同时，剥离与浸出相互促进，有效强化了浸出过程，提高了钴与锂的浸出率，降低了浸出过程的温度，缩短了浸出与剥离的时间，能够在较大的固液比下进行，使处理量显著提高。同样也不需要使用超声或高温高压等辅助强化措施，简化了工艺设备，同时操作过程在较低温度下进行，对设备的要求低，使成本显著降低，且易于推广应用。

技术特征：

1.一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，所述氢键受体与氢键供体的摩尔比例为1:1至1:3。

3.根据权利要求2所述的一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，所述氢键供体为羟基乙酸、乳酸、苹果酸、丙二酸、柠檬酸和没石子酸中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，所述溶解剂与氢键受体的摩尔比为1:1至1:3。

5.根据权利要求4所述的一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，所述溶解剂为2-吡咯烷酮、乙烯脲、2-氨基苯甲酰胺、氨基己内酰胺、4-羟基-2-吡咯烷酮中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，所述小片正极片的获取过程如下：

7.根据权利要求6所述的一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，所述小片正极片的面积为1×1cm2～5×5cm2。

8.根据权利要求6所述的一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，所述氯化钠水溶液的质量比为20％。

9.根据权利要求1所述的一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，所述将小片正极片加入三元低共熔溶剂中进行加热70min～210min，得到钴与锂的浸出溶液和铝箔具体如下：

10.根据权利要求8所述的一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法，其特征在于，所述加热温度控制在50℃～120℃。

技术总结
本发明属于电池回收再利用领域，具体涉及一种同时浸出与剥离锂离子电池正极材料的方法。具体如下：将氢键受体氯化胆碱与氢键供体在室温下混合，在50℃～80℃下搅拌1～2个小时，混合均匀后形成中间混合流体。向中间混合流体中加入溶解剂，在50℃～80℃下搅拌2～4小时，得到三元低共熔溶剂。将小片正极片加入三元低共熔溶剂中，加热70min～210min，得到钴与锂的浸出溶液和铝箔。铝箔被完整的保留下来，而钴和锂被溶解到溶剂中,剥离与浸出相互促进，有效强化了浸出过程，提高了钴与锂的浸出率，降低了浸出过程的温度，缩短了浸出与剥离的时间，能够在较大的固液比下进行，使处理量显著提高。

技术研发人员：何喜红,文云鹏,李林波,李德胜,邸思,刘凯
受保护的技术使用者：西安建筑科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15