[发明专利]一种回收废旧锂离子电池中金属锂的方法

说明书

本发明提供了一种回收废旧锂离子电池中金属锂的方法。该方法用离子液体与磷酸三丁酯组成的萃取体系，对含有镍离子、钴离子、锰离子和锂离子的水相浸出液进行选择性萃取分离锂，有效地提高了金属锂的回收率。其中，离子液体与磷酸三丁酯的体积比不超过1:1，含锂离子的水相浸出液pH值不超过7。本方法操作简单，高效，萃取体系经过反萃后可以循环利用，相较传统湿法回收工艺有效避免了消耗大量酸碱溶液，产生大量废水的弊端，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于废旧锂离子电池回收利用领域，涉及废旧锂离子电池中选择性回收有价金属锂的方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、工作温度范围宽、自放电小、使用寿命长等优势，广泛应用于3C电子产品、新能源汽车等领域。尤其是在新能源汽车领域，我国目前已成为新能源汽车推广的第一大国，2016年我国新能源汽车的销量达到了50.7万辆。根据新能源汽车发展规划，到2020年新能源汽车产销量将达到200万辆，保有量将达到500万辆。动力电池的使用寿命一般为3～5年，随着新能源汽车的迅速发展，动力电池的报废量也将随着剧增，据有关分析，2018年将迎来报废动力锂电池的一个爆发期，预计到2020年报废量将达到30万吨，且呈逐年递增之势。如果处理不当，将会造成严重的环境污染和生态破坏。锂离子电池正极材料中含有镍、钴、锂和锰等金属，其中最具潜在价值的有钴、锂、镍等。目前的回收工艺以湿法回收为主，且主要以钴、镍等有价金属的回收为重点，只有3％的废旧锂电池得到有效地回收再利用，锂循环利用率不到1％。此外，湿法回收工艺会产生大量的酸碱废水，增加回收成本。金属锂的萃取技术主要用于盐湖锂的提取，而废旧锂离子电池体系较为复杂，所用萃取剂在废旧电池体系中效果并不好。因此，寻求高效的萃取剂对于废旧电池体系中有价金属的回收，是一种必然的发展趋势。

离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的、室温或接近室温下呈现液态的盐类。其优点是蒸气压几乎为零，无挥发性，无味，不易燃，具有良好的热稳定性和化学稳定性，易与其它物质分离，可以循环利用。因此可以作为一种良好的绿色溶剂应用于萃取分离领域。

专利CN 201410478375.9公开了一种锂离子的萃取体系。即采用咪唑类离子液体与磷酸三丁酯混合形成萃取体系，从盐湖卤水进行锂离子的萃取分离。虽然该法从盐湖卤水中萃取锂离子有较高的萃取率，但是废旧锂离子电池浸出液体系较为复杂，含有多种金属离子，该方法所述的离子液体萃取体系在废旧锂离子电池浸出液体系中回收率并不高。专利CN 201210177440.5公开了一种从镍钴锰酸锂电池中回收有价金属的方法及正极材料的方法。即将同类镍钴锰酸锂废旧锂离子电池正极材料溶解得到浸出液，用NaOH溶液调节pH除去其中的铁、铝和铜等杂质离子，用碳酸钠与锂离子95℃反应，得到碳酸锂沉淀及镍钴锰复合碳酸盐，然后将得到的碳酸锂及镍钴锰复合碳酸盐制备得到新的镍钴锰酸锂正极材料。该法虽实现了废旧锂离子电池中镍、钴、锂等金属的回收再利用，但是需要将回收的废旧锂离子电池按照金属的含量分类，增加了回收的成本和难度，而且需要复杂的元素含量测试。

本发明结合课题组在离子液体合成及应用上的经验，设计合成了一种功能化离子液体，有效地解决了传统萃取工艺中产生大量废酸废碱以及常规萃取剂在废旧电极材料浸出液体系中选择性差的问题。

发明内容

本发明为解决现有的技术问题，采用离子液体从废旧锂离子电池正极材料中萃取回收锂金属。

本发明进一步的技术任务是设计并合成了羧基功能化离子液体，并用于从废旧锂离子电池正极材料萃取回收金属锂，实验步骤如下：

取一定质量的废旧锂离子电池正极材料置于圆底烧瓶中，然后按照固液比50g/L加入含2wt％双氧水的2M硫酸溶液80℃搅拌3小时进行溶解，然后冷却过滤得到浸出液；

取适量的浸出液，然后调节浸出液的pH分别为1、2、3、4和5，浸出液不能呈碱性，防止浸出液中镍、钴和锰等金属形成沉淀析出；