[发明专利]一种废旧锂离子电池中钴金属回收再利用的方法

说明书

技术领域

本发明涉及废旧锂电池回收技术领域，具体的说是一种废旧锂离子电池中钴金属回收再利用的方法。

背景技术

近年来，由于环境污染和能源危机问题日益突出，新能源汽车和动力蓄电池得到了突飞猛进的发展，动力蓄电池包括铅酸蓄电池、镍氢动力电池和锂离子动力电池，其中具有高能量密度和循环特性的锂离子动力电池，被誉为未来动力蓄电池的最佳发展方向，随着电子电器产品的不断更新换代以及新能源汽车产销量的不断提升，必将导致废旧锂电池的数量急剧增加，废旧锂电池中含有大量的金属锂和钴，由于锂属于稀有金属，钴被界定为战略金属，这些稀缺资源如果不加以回收利用，势必会造成资源的巨大浪费，因此废旧锂电池的资源化利用成为近年的研究热点。

正极材料包含有钴、镍、锰、锂、铁、铝等金属，具有较高的回收价值，因此废旧锂电池的正极材料回收是锂电池回收的核心部分，锂电池正极活性物质通过粘接剂粘接在铝箔的表面，分离铝箔和活性物质与分离活性物质中的各元素是整个回收过程中的核心和难点，废旧锂电池正极材料的回收主要包括机械研磨法、化学沉淀法、盐析法、溶剂萃取法。而以上方法往往仅仅是将有价金属提取出来，并没有明确后序高附加值的利用。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种高效、快速的提取废旧锂离子电池中钴金属并再利用的方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种废旧锂离子电池中钴金属回收再利用的方法，包括以下步骤：

(1)回收锂离子电池的正极废料，并将正极废料制成电极片；

(2)以上述电极片为阴极，惰性电极为对电极，在酸性电解液中进行电化学反应，将金属浸出，得到含有钴金属离子的溶液；

(3)调节上述溶液pH为9～10，充分搅拌后，离心，取上清液，依次用二(2-乙基己基)磷酸和异辛基磷酸单异辛酯的混合溶液、二(2-乙基己基)磷酸、二(2,4,4-三甲基戊基)次磷酸、二(2-乙基己基)磷酸对上清液进行萃取，依次除去溶液中的Al³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺；

(4)在上述溶液中加入氟化铵和尿素，混合均匀后，在100～160℃下水热反应4～12h，得到钴金属复合材料。

本发明的技术要点在于，采用电化学的方法高效、快速的将正极废料中的有价金属浸出，然后利用二(2-乙基己基)磷酸和异辛基磷酸单异辛酯的混合溶液、二(2-乙基己基)磷酸、二(2,4,4-三甲基戊基)次磷酸、二(2-乙基己基)磷酸对含有钴金属的溶液进行萃取，除去Al³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺；后序将含有钴金属的溶液与氟化铵和尿素进行水热反应，获得钴金属的有机复合材料，可应用于锂电池正极材料或超级电容器的正极材料，开辟了正极废料中有价金属新的应用方向。

进一步的，根据本发明，本发明中所述的惰性电机为石墨、钛板或铂板。

进一步的，根据本发明，本发明中步骤(2)中的酸性电解液包括以下物质：M^x+、有机酸、无机酸、表面活性剂、还原剂；

为了促使正极废料中的镍和钴能高效的被浸出，所述的M^x+为Na⁺、K⁺、Zn²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Al³⁺中的至少一种，进一步的，所述的M^x+的浓度为0.1-0.6mol/L，M^x+的浓度对电解液的导电性能具有很大的影响，浓度过低时，电解速度会极慢。

进一步的，根据本发明，本发明中所述的有机酸为柠檬酸、甲酸、乙酸、苹果酸中的至少一种，所述无机酸为盐酸、硝酸、硫酸中的至少一种。

本发明中所述的表面活性剂在电解液中进行润湿、渗透及降低表面张力的作用确保了电解反应高效、彻底的进行，本领域技术人员所熟知的表面活性剂均可以使用，可以举出如硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、季铵化物、卵磷脂、氨基酸型、烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯中的至少一种。

进一步的，根据本发明，本发明中所述还原剂为抗坏血酸、盐酸羟胺、水合肼中的至少一种。

根据本发明，本发明中所述的电化学反应的电流密度为5～30mA/cm²，电势窗口为0.2～0.5V。