[发明专利]一种利用NCNTs修饰电极联合微生物浸出锂电池中钴的方法

说明书

本发明公开了一种利用NCNTs修饰电极联合微生物浸出锂电池中钴的方法。具体步骤如下：将拆解锂电池获得的钴酸锂正极材料煅烧、研磨，获得正极粉末；将NCNTs修饰电极和碳布阳极相连接形成的电池体系放入反应容器中，在初始pH值为1.0~2.5的条件下，接入经过驯化处理的A.f菌株，并于29~31℃的温度，120~140 r/min的转速下，在反应器中培养6~8天，实现正极粉末中钴的浸出。本发明的有益效果在于：NCNTs修饰电极对A.f菌浸出有催化作用，钴的浸出率高；电极重复利用试验表明NCNTs修饰电极具有良好的重复利用性能。

技术领域

本发明属于电子废弃物处理技术领域，具体的说，涉及一种利用NCNTs修饰电极联合微生物浸出锂电池中钴的方法。

背景技术

相比于镍镉、镍氢或铅酸等二次电池，锂离子具有无自放电、工作电压高、允许工作范围宽、寿命长等优点，目前已成为小型电子设备的电池核心部件。钴酸锂作为锂离子电池常用的正极材料广泛运用于手机、笔记本电脑等便携式电子电器产品。正极材料中的钴镍等有毒金属氧化物如果进入到生态系统，对生态环境和人体健康造成严重危害；钴产品是我国863计划鼓励发展的高科技新材料，大量应用于锂电池行业，中国钴矿资源不多，无独立钴矿床，主要伴生在铁、铜、镍等矿床中，开发难度大；因此高效回收报废锂离子电池具有重要的环境意义，符合资源循环利用和经济可持续发展的重要理念。

锂离子电池用材料中的负极、电解质、溶剂、隔膜、添加剂和软包封装材料等高能物质或有机物，报废的锂离子电池仍残存一定的电量，一旦处理不当，发生挤压、燃烧、短路、爆炸等安全事故，可能泄露有毒物质，对人员和环境造成危害，因此使电池失活是回收处理废电池的重要前提。目前锂离子资源化主要集中在对正极材料中有价金属钴、锂、镍等进行回收，主要技术包括湿法、火法和微生物法。

火法主要是指废旧电池破碎后于回转窑中高温煅烧，去除电极材料表面的粘合剂和乙炔黑等杂质，使电池中的金属及其化合物氧化、还原并分解，在其以蒸汽的状态挥发后，再以冷凝的方式收集起来，以此来实现电池中各材料的分离和金属的回收。火法需要高温加热，能有效去除粘合剂等杂质；但是能耗大，粘合剂等其他杂质高温燃烧会转变成成有毒气体易造成大气污染。

湿法一般是通过适当的溶剂（强酸、强碱等）进行溶解，然后采用化学沉淀、电沉积、萃取等方法分离获得相应的金属及金属化合物。湿法处理势必会用到大量的酸、碱、有机溶剂，回收工艺复杂，易腐蚀设备，提高成本；酸浸过程会产生大量的有毒有害气体，如二恶英、NO_x、SO₂、Cl₂ 等以及大量含酸和碱的废水，造成二次污染。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用NCNTs修饰电极联合微生物浸出锂电池中钴的方法。本发明方法反应条件温和，钴浸出率高。

本发明采用微生物-电化学-催化剂相结合的方式回收锂离子电池中有价金属。将氮掺杂碳纳米管（NCNTs）、异丙醇、Nafion混合成的催化剂，均匀的修饰在碳布表面制成NCNTs修饰电极，与驯化好的A.f菌一起添加到浸出体系，进行锂电池中钴的浸出。氮掺杂能活化CNTs的表面，电子亲和力强的氮原子可作为额外的成核位点，减小扩散电阻和电子传输电阻。

本发明的技术方案具体介绍如下。

一种利用NCNTs修饰电极联合微生物生物浸出锂电池中钴的方法，具体步骤如下：

（1）将拆解锂电池获得的钴酸锂正极材料煅烧、研磨，获得正极粉末；